JP3561026B2 - 磁気抵抗効果ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気記録装置やＶＴＲ等に用いられる磁気抵抗効果ヘッドに係り、さらに詳しくは差動動作型の磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記録トラック幅の減少や記録波長の高周波化によって、磁気記録装置例えばハードディスク装置等の記録密度の向上が図られている。記録トラック幅が狭まると、磁気記録媒体からの信号磁束量が減少するため、より高感度な再生ヘッドが必要となる。このような高感度再生ヘッドとして、磁気抵抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）が注目されている。
【０００３】
特にＭＲヘッドのうちでも、異方性磁気抵抗効果（以下、ＡＭＲと記す）を利用したＭＲヘッドに比べて抵抗変化率が大きい、いわゆる巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲと記す）を利用したＭＲヘッド（ＧＭＲヘッド）が将来の高感度再生を可能にする磁気ヘッドとして有望視されている。
【０００４】
一方、現在主流であるシールド型ＭＲヘッドで線記録分解能を向上させるためには、高透磁率を有するシールド層とＭＲエレメントとの間隔、すなわちギャップ間隔を狭める必要がある。しかし、この場合にシールド層とＭＲエレメント間の電気的な絶縁を保った上で、ギャップ間隔を例えば ０．１μｍ 以下というように狭めることは著しく困難である。このように、シールド型ＭＲヘッドでは線記録分解能の向上に限界が生じている。
【０００５】
そこで、非磁性中間層を介して ２つのＭＲエレメントを積層した、いわゆるデュアルエレメントタイプのＭＲヘッドが提案されている。このデュアルエレメントタイプのＭＲヘッドは、 ２つのＭＲエレメントに磁気記録媒体から同方向の信号磁界が印加された場合には抵抗が変化せず、逆方向の信号磁界が印加された場合にのみ抵抗が変化することを利用した、いわゆる差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドである。差動動作型ＭＲヘッドでは、非磁性中間層の厚さで再生分解能が規定されるが、シールド型ＭＲヘッドとは異なり、 ２つのＭＲエレメント間を電気的に絶縁する必要はなく磁気的な絶縁のみでよい。従って、差動動作型ＭＲヘッドでは、非磁性中間層の厚さを著しく薄く、例えば１０ｎｍ以下程度にすることができる。その結果、著しく高い線記録密度の再生が可能となる。
【０００６】
従来の差動動作型ＭＲヘッドとしては、略同一の磁気抵抗効果特性（ＭＲ特性）を有するＡＭＲエレメントを ２つ用いたものが知られている。ＡＭＲエレメントを用いた場合には、それらの磁化をトラック幅方向から約 ＋４５°と −４５°というように、反対方向に回転させる動作点バイアス磁界を印加する。これにより、差動動作型ＭＲヘッドが実現できる。
【０００７】
しかし、ＡＭＲエレメントを用いた従来の差動動作型ＭＲヘッドでは、非磁性中間層の厚さを薄くすると、信号磁界（媒体磁界）がＭＲエレメントの上部にまで流入されないため、近い将来にＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドでは感度が不十分になることが予測される。さらに、上記したような動作点バイアス磁界を印加しなければならないため、その付与や調整が繁雑であるという問題を有している。
【０００８】
また、ＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドの構造としては、 ２つのＡＭＲ層を非磁性中間層を介して積層し、上側のＡＭＲ層上にセンス電流を供給する一対の電極を形成することが一般的である。ここで、ＡＭＲエレメントでは、電流と磁化の成す角度が重要である。このため、差動動作型ＭＲヘッドにおいて、 ２つのＡＭＲエレメントのＭＲ特性を略同一とするためには、 ２つのＡＭＲ層自体の特性を揃えるだけでなく、 ２つのＡＭＲ層間で供給されるセンス電流の方向に角度が生じないことが必要となる。しかし、上記したような電極が一方のＡＭＲ層に積層して形成された構造の場合、上側のＡＭＲ層と下側のＡＭＲ層とで電流分布（方向等）に差が生じ、 ２つのＡＭＲ層の間でセンス電流の方向に角度が生じやすい。従って、 ２つのＡＭＲ層に同方向磁界が加わった場合にも抵抗変化が生じ、信号として出力されてしまうおそれがあり、このような信号の誤検出によるノイズ発生も問題となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の差動動作型ＭＲヘッドは、 ２つのＡＭＲエレメントを用いていたため、信号磁界の侵入深さが浅くなることや ２つのＡＭＲ層の間で電流方向に傾きが生じること等に起因して感度が低下しやすいという問題や、動作点バイアス磁界の付与や調整が繁雑であるという問題を有していた。
【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、線分解能（再生分解能）の向上を図った上で、高感度および高Ｓ／Ｎ比を高信頼性の下で実現した差動動作型の磁気抵抗効果ヘッド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と作用】
本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、一対のスピン依存散乱能を有する強磁性層と、前記一対の強磁性層間に介在された非磁性中間層とを有し、信号磁界が零の状態で前記一対の強磁性層の磁化が同一方向を向くように、前記一対の強磁性層間に前記非磁性中間層を介して強磁性的な結合力が働いている積層構造を有し、前記一対の強磁性層に同方向の信号磁界が印加される場合には信号磁界が零の状態から抵抗が変化せず、前記一対の強磁性層に互いに逆方向の信号磁界が印加される場合に前記一対の強磁性層の磁化の成す角度が変化することに基いて信号磁界が零の状態から抵抗が変化する磁気抵抗効果素子部を具備する差動動作型の磁気抵抗効果ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子部の前記一対の強磁性層の磁化の成す角度の変化による巨大磁気抵抗効果に基く抵抗変化を利用して信号磁界を検出することを特徴としている。
【００１２】
なお、本発明における非磁性中間層は、強磁性材料はもちろん反強磁性材料で構成される場合も除外されるものとする。
【００１３】
本発明の差動動作型ＭＲヘッドは、一対のスピン依存散乱能を有する強磁性層（以下、ＧＭＲ強磁性層と記す）と、この一対のＧＭＲ強磁性層間に配置されたスピン依存散乱に適した低抵抗の非磁性中間層（以下、ＧＭＲ非磁性中間層と記す）との積層構造を、スピン依存散乱による巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果素子部（以下、ＧＭＲ素子部と記す）として機能させるものである。
【００１６】
本発明においては、一対のＧＭＲ強磁性層間に強磁性的な結合力を発生させ、2つのＧＭＲ強磁性層の磁化を信号磁界が零の状態で略同一方向に揃えることが望ましい。2つのＧＭＲ強磁性層間の強磁性的な結合力は、非磁性中間層の層厚を制御することにより必要な値に調整することができる。なお、バイアス磁界を印加して磁化方向を揃えるようにしてもよい。バイアス磁界は、ＧＭＲ素子部にCoPt膜等からなる硬質強磁性膜やFeMn膜やNiO膜等からなる反強磁性膜を近接配置または積層することにより付与することができる。
【００１７】
なお、強磁性層と非磁性中間層とを交互に積層し、強磁性層間の反強磁性的結合を利用する、これまでの一般的なＧＭＲ多層膜では、信号磁界が零の状態では強磁性層の磁化が反強磁性的に配列している。そして、全ての強磁性層に同方向の信号磁界が加わる場合に、強磁性的な磁化配列に向けて磁化が回転し、その結果として抵抗が変化するため、差動動作的な信号磁界の検出は期待できない。
【００１８】
また、本発明の差動動作型ＭＲヘッドにおけるＧＭＲ強磁性層は、信号磁界を検出する信号磁界検出用強磁性層を兼ねていてもよいが、ＧＭＲ強磁性層とは別途に、それらの外側にそれぞれ信号磁界検出用強磁性層を配置した構造とすることが好ましい。すなわち、ＧＭＲ強磁性層／非磁性中間層／ＧＭＲ強磁性層の積層構造をＧＭＲ素子部とし、その外側にそれぞれ信号磁界検出用強磁性層を配置した構造である。この際、ＧＭＲ強磁性層と信号磁界検出用強磁性層とは、交換結合していることが好ましい。
【００１９】
上記した信号磁界検出用強磁性層には、ＧＭＲ強磁性層より高透磁率を有する強磁性材料を用いることが好ましい。また、一対の信号磁界検出用強磁性層を媒体対向面に突出形成し、ＧＭＲ素子部を媒体対向面から後退させることが好ましい。これらにより、上記積層構造を有するＧＭＲ素子部を実質的なギャップとして機能させることができる。このような場合、ＧＭＲ素子部が実質的なギャップとして機能することを考慮してＧＭＲ素子部の厚さを設定する。例えば、 ４〜 １０Ｇｂ／ｉｎ２ 程度の高記録密度を達成する場合には、ＧＭＲ素子部の厚さを１０〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
さらに、信号磁界検出用強磁性層としては、ＧＭＲ強磁性層より高抵抗を有するもの、具体的には １００μΩｃｍ以上の抵抗率を有するものを用いることが好ましい。これにより、信号磁界検出用強磁性層へのシャント分流が抑制できることから、感度の向上を図ることが可能となる。さらに、信号磁界検出用強磁性層には、ＧＭＲ強磁性層より層厚が厚い強磁性層も有効である。この場合、ＧＭＲ強磁性層との交換結合による透磁率の低下等の磁気的な影響を少なくすることができるため、信号磁界の検出が容易となる。
【００２１】
上述した本発明の差動動作型ＭＲヘッドは、従来のＧＭＲ多層膜とは異なり、例えばＧＭＲ強磁性層間に強磁性的な結合力が働くようにすることで、信号磁界が零の状態で一対のＧＭＲ強磁性層の磁化が略同一方向を向いていることになる。垂直磁気記録媒体を例にとると、差動動作型ＭＲヘッドが磁気記録媒体の磁化遷移領域から離れた場合には、2つのＧＭＲ強磁性層に同方向の信号磁界が印加されるため、それらの磁化の成す角度は変化せず、実質的に抵抗変化は生じない。一方、少なくともＧＭＲ非磁性中間層が磁気記録媒体の磁化遷移領域の直上に来ると、2つのＧＭＲ強磁性層には互いに逆方向の信号磁界が印加され、それぞれの磁化は異なる方向に回転する。よって、2つのＧＭＲ強磁性層の磁化の成す角度が変化して、大きく抵抗が変化する。すなわち、磁気記録媒体の磁化遷移領域のみで記録情報を検出することができる。特に、磁化遷移領域での信号磁界遷移が急激な垂直磁気記録媒体に対して著しく高分解能の再生が可能となり、大幅に線記録密度を向上させることができる。
【００２２】
このように、本発明の差動動作型ＭＲヘッドは、電流と磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用するＡＭＲエレメントを用いた従来の差動動作型ＭＲヘッドとは異なり、電流方向には全く依存せず、一対のＧＭＲ強磁性層の磁化が成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度再生が実現できる。従って、例えば従来のＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドで問題となっていた、2つのＡＭＲ層間で生じる電流方向の傾きに基くノイズ等は発生しなくなる。そして、このような高感度再生を極めて簡易なヘッド構造で実現することが可能となる。また、本発明の差動動作型ＭＲヘッドにおいて、ＧＭＲ強磁性層／非磁性中間層／ＧＭＲ強磁性層の積層構造からなるＧＭＲ素子部の外側にそれぞれ信号磁界検出用強磁性層を配置した場合、ＧＭＲ素子部を実質的なギャップとして機能させることができるため、ギャップ長を拡大することが可能となる。従って、磁気記録媒体の磁化遷移領域の長さに適したギャップ長の設定と高感度再生を両立させることができる。一方、非磁性中間層を単独でギャップとして機能させた場合には、その厚さが例えば5nm以上に増大するとＧＭＲ強磁性層／非磁性中間層／ＧＭＲ強磁性層の積層構造からなるＧＭＲ素子部の抵抗変化率が低下するため、磁気記録媒体の磁化遷移領域の長さに適したギャップ長（10〜100nm程度）の設定と高感度再生の両立が困難となるおそれがある。
【００２３】
さらに、信号磁界検出用強磁性層の抵抗がＧＭＲ強磁性層のそれより高いと、信号磁界検出用強磁性層へのシャント分流が抑制でき、感度の向上を図ることができる。また、信号磁界検出用強磁性層をＧＭＲ強磁性層より高透磁率の磁性材料で構成したり、ＧＭＲ素子部を媒体対向面より後退させることによって、ＧＭＲ強磁性層の信号磁界による直接的な磁化回転を抑制することができる。従って、ＧＭＲ強磁性層の磁化回転は、信号磁界検出用強磁性層との交換結合バイアス磁界等が主になるため、より明確にＧＭＲ素子部の厚さでギャップ長が規定できる。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
【００３６】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施例について述べる。図１に示す差動動作型ＭＲヘッド１においては、基板２上に信号磁界で磁化が回転する第１の信号磁界検出用強磁性層３ａ、第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、ＧＭＲ非磁性中間層５、第２のＧＭＲ強磁性層４ｂ、および第１の信号磁界検出用強磁性層３ａと同様に信号磁界で磁化が回転する第２の信号磁界検出用強磁性層３ｂが順に積層形成されて差動動作型ＭＲエレメント６が構成されている。第１の信号磁界検出用強磁性層３ａと第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、第２のＧＭＲ強磁性層４ｂと第２の信号磁界検出用強磁性層３ｂとは、それぞれ交換結合している。
【００３７】
ここで、第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、ＧＭＲ非磁性中間層５および第２のＧＭＲ強磁性層４ｂによる積層構造はＧＭＲ素子部７を構成している。さらに、差動動作型ＭＲエレメント６の両端には、センス電流を供給するための電極８ａ、８ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド１が構成されている。第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂには、透磁率が高いＮｉＦｅ合金等よりも、透磁率が比較的低いＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金等を用いることが好ましい。これらはＧＭＲ非磁性中間層５との界面で優れたスピン依存散乱能力を発揮する。ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さは ４〜４０ｎｍ程度とすることが好ましい。ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さが ４ｎｍ未満だと、抵抗変化率が低下する傾向がある上に、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂを設置しても、目的とする線記録密度に適したギャップ長（例えば１０〜 １００ｎｍ）に設定することが困難となる。逆にＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さが４０ｎｍを超えると、抵抗変化率が著しく低下するおそれがある。第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂは、具体的には厚さ１０ｎｍ程度のＣｏＦｅ合金膜、Ｃｏ膜、ＣｏＦｅＮｉ合金膜等からなるものである。
【００３８】
ＧＭＲ非磁性中間層５には、スピン依存散乱に適した低抵抗のＣｕ膜、Ａｕ膜、Ａｇ膜、それらを主成分とする合金膜等を用いることができる。ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さは ２〜 ５ｎｍ程度とすることが好ましい。ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さが ５ｎｍを超えると、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂ間の強磁性的な結合力が減少して抵抗変化率が低下するおそれがある。また、ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さが ２ｎｍ未満であると、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂ間の強磁性的な結合力が強くなりすぎる。その場合、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂに互いに逆方向の磁界が印加されたときに、それらの磁化を反強磁性的に配列させることが困難となり、結果的に抵抗変化率が減少するおそれがある。
【００３９】
ここで、一般に非磁性中間層を介してＣｏ膜等の強磁性層を積層してなるＧＭＲ素子部においては、近接する強磁性層間には非磁性中間層の厚さに応じて、周期的に強磁性的な結合力と反強磁性的な結合力が働くことが知られている。通常、シールド型ＭＲヘッドにこのようなＧＭＲ多層膜を適用する場合は、全ての強磁性層に同方向の信号磁界が加わったときに動作するように、非磁性中間層は近接する強磁性層間に反強磁性的な結合力が生じる厚さに設定される。然るに、この実施例では第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂ間に強磁性的な結合力が生じる厚さ、例えば ３ｎｍにＧＭＲ非磁性中間層５の厚さを設定している。この強磁性的な結合力により、信号磁界が零の状態では、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化は略同一方向に配列している。
【００４０】
第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂには、ＣｏＺｒＮｂ膜やＣｏＦｅＢＣ膜のような非晶質膜、 ＦｅＺｒＮ膜や ＦｅＴａＮ膜のような窒化微結晶膜、 ＦｅＴａＣ膜やＦｅＺｒＣ 膜のような炭化微結晶膜、Ｆｅ−ＳｉＯヘテロアモルファス膜、ＮｉＦｅＸ（ただし、 ＸはＮｂ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｃｕ等の金属元素）のような合金膜等を用いることが好ましい。これらは、上述したＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂより高透磁率を有すると共に、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂへのセンス電流の分流による感度低下を防止することが可能な例えば １００μΩｃｍ以上の高抵抗を有するものである。
【００４１】
信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの厚さは、特に限定されるものではないが、ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂより厚く設定することが好ましい。これにより、ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂとの交換結合による透磁率の低下等の磁気的な影響を少なくすることができるため、信号磁界の検出が容易となる。信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの具体的な厚さは ５〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの厚さが薄すぎると、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの磁化回転に応じてＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂを磁化回転させることが困難となる。逆に信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの厚さが厚すぎると、その透磁率が低下する傾向がある上に、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂへのシャント分流も増加する。信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂは、具体的には厚さ２０ｎｍ程度のＣｏＺｒＮｂ膜、ＣｏＦｅＢＣ膜、ＦｅＺｒＮ 膜、 ＦｅＴａＮ膜、 ＦｅＴａＣ膜、ＦｅＺｒＣ 膜、Ｆｅ−ＳｉＯヘテロアモルファス膜、 ＮｉＦｅＸ膜等からなるものである。
【００４２】
また、ＧＭＲ素子部７を構成する第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、ＧＭＲ非磁性中間層５および第２のＧＭＲ強磁性層４ｂの積層構造は、第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂより耐摩耗性の低い材料により構成されている。このため、ＧＭＲ素子部７は研磨により媒体対向面から後退している。これにより、ＧＭＲ素子部７が直接的に感じる信号磁界は弱まり、ＧＭＲ素子部７の厚さでより一層明確にギャップ長を規定することができる。ＧＭＲ素子部７を媒体対向面から後退させるには、ＧＭＲ素子部７を選択的にリアクティブイオンエッチング、ケミカルドライエッチング等でエッチングしてもよい。
【００４３】
上記構成の差動動作型ＭＲヘッド１においては、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂは直接的には信号磁界により磁化が回転しない。第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの磁化が信号磁界により回転するとその回転に応じて、界面での磁気的結合により第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化が回転する。その結果、ＧＭＲ素子部７が実質的なギャップに相当することになる。従って、線記録密度に応じた例えば１０〜 １００ｎｍ程度の適切な長さのギャップを形成することができる。この実施例においては、上述した通り第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さがともに１０ｎｍ、ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さが ３ｎｍであって、差動動作型ＭＲヘッド１のギャップ長は約２３ｎｍである。
【００４４】
そして、垂直磁気記録媒体を例にとると、磁気記録媒体９の磁化遷移領域から離れたところに上記ギャップが位置して、同方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂに印加された場合には、これらの磁化は互いに同方向に回転するため、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂにおいても結局磁化の成す角度は変化しない。よって、ＧＭＲ素子部７で実質的な抵抗変化は生じない。一方、磁気記録媒体９の磁化遷移領域の直上に上記ギャップが存在し、互いに逆方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂに印加された場合には、これらの磁化は反対方向に回転するため、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂでも反平行的な磁化配列に向けて磁化の成す角度が変化する。その結果、ＧＭＲ素子部７の抵抗が大きく変化して記録情報が検出される。
【００４５】
このように、上記第１の実施例の差動動作型ＭＲヘッド１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、従来のＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドとは異なり、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化が成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、信号磁界が零の状態で、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化を略同一方向に向けているため、信号検出が安定する。また、上述したように線記録密度に応じて適切なギャップ長を設定することができる。すなわち、第１の実施例の差動動作型ＭＲヘッド１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域の長さに応じたギャップ長の設定と差動動作による高感度再生とを、極めて簡易なヘッド構造で実現した再生ヘッドである。さらに、一般的ないわゆるスピンバルブ構造を利用したＧＭＲヘッドにおいては、一方のＧＭＲ強磁性層の磁化を反強磁性層により固着している。この反強磁性層には、通常、信号磁界が加わっても磁化固着状態が安定に維持できるように、大きなバイアス磁界を付与することが可能なＦｅＭｎ反強磁性層が用いられている。しかし、このＦｅＭｎ反強磁性層は腐食しやすいため、ＭＲヘッドの耐久性を低下させる要因となっていた。これに対して、上記差動動作型ＭＲヘッド１は、ＦｅＭｎ反強磁性層を用いる必要がないため、耐久性にも優れるものである。
【００４６】
図２ないし図５は、それぞれ上記第１の実施例の変形例の構成を示す図である。これらの差動動作型ＭＲヘッド１０、１１、１２、１３は、いずれも差動動作型ＭＲエレメント６に対してバイアス磁界を印加したものである。例えば、図２は差動動作型ＭＲエレメント６のトラック幅方向両端にバイアス膜１４をそれぞれ設置した構成を示している。また、図３は差動動作型ＭＲエレメント６のトラック幅両端上にバイアス膜１４をそれぞれ積層した構成を示している。図４は差動動作型ＭＲエレメント６のトラック幅両端の下の基板２とＭＲエレメント６の間にバイアス膜１４をそれぞれ積層した構成を示している。図５は差動動作型ＭＲエレメント６下にバイアス膜１４を積層した構成を示している。
【００４７】
なおバイアス膜１４は、例えばＣｏＰｔ膜等の硬質強磁性膜、ＦｅＭｎ膜や ＮｉＯ膜等の反強磁性膜からなるものである。これら差動動作型ＭＲヘッド１０、１１、１２、１３においては、信号磁界が零の状態で第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化をより確実に略同一方向に揃えることが可能となる。これに加えて、各強磁性層３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂから磁壁を除去して、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。ただし、図５に示した差動動作型ＭＲヘッド１３において、バイアス膜１４が硬質強磁性膜からなる場合は、強磁性層３ａとバイアス膜１４との間に非磁性層を介在させることがより好ましい。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施例について図６を参照して説明する。
【００４９】
図６に示す差動動作型ＭＲヘッド２１においては、基板２２上に信号磁界で磁化が回転する第１のＧＭＲ強磁性層２３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、信号磁界では磁化が実質的に変化しない低透磁率強磁性層２５、第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ｂ、および第１のＧＭＲ強磁性層２３ａと同様に信号磁界で磁化が回転する第２のＧＭＲ強磁性層２３ｂが順に積層形成されており、これらの積層構造によりＧＭＲ素子部２６が構成されている。
【００５０】
なおここでは、第１のＧＭＲ強磁性層２３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層２４ａおよび低透磁率強磁性層２５を第１のＧＭＲユニット２７ａ、低透磁率強磁性層２５、第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ｂおよび第２のＧＭＲ強磁性層２３ｂを第２のＧＭＲユニット２７ｂとみなすことができる。さらに、ＧＭＲ素子部２６の両端には、センス電流をトラック幅方向（図中、ｙ方向）に供給するための電極２８ａ、２８ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド２１が構成されている。
【００５１】
第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂには、スピン依存散乱能力に優れるＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＣｏＦｅＮｉ合金膜等を用いることが好ましい。ＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂの厚さは、大きな抵抗変化率を得る上で １〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂには、スピン依存散乱に適した低抵抗なＣｕ膜、Ａｕ膜、Ａｇ膜、これらを主成分とする合金膜等を用いることが好ましい。ＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂの厚さは、大きな抵抗変化率を得る上で １〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。この第２の実施例においては、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂには厚さ ８ｎｍのＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＣｏＦｅＮｉ合金膜等が、また第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂには厚さ ３ｎｍのＣｕ膜、Ａｕ膜、Ａｇ膜、これらの合金膜等が用いられている。
【００５２】
低透磁率強磁性層２５には、スピン依存散乱能力に優れ、かつ高い保磁力や大きな一軸磁気異方性の付与が可能なＣｏやＣｏＰｔのようなＣｏ系合金等の強磁性材料を用いることができる。また、その厚さは大きな抵抗変化率を得る上で １〜４０ｎｍ程度とすることが好ましい。この実施例では、厚さが２０ｎｍ、保磁力が２０ｋＡ／ｍのＣｏＰｔ膜（透磁率＝１０）からなる低透磁率強磁性層２５が用いられている。なおこのとき、低透磁率強磁性層２５に代えて、仮にスピン依存散乱能力に劣る高抵抗の反強磁性膜が用いられると、ここでＧＭＲ素子部２６のスピン情報が分断されるため、抵抗変化率が著しく低下する。これに対し、ＣｏやＣｏＰｔのような低透磁率強磁性層２５が形成される場合にはスピン情報が分断されることがなく、よって大きな抵抗変化率を得ることができる。
【００５３】
図７に示すように、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１の方向は、信号磁界の有無にかかわらず、概ねトラック幅方向に着磁されている。さらに、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１は、保磁力を高くすることで、あるいは大きな一軸磁気異方性を付与することで、その方向が実質的に信号磁界により動かない。一方、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂの磁化Ｍａ２、Ｍａ３の方向は、信号磁界がほぼ零の状態で、センス電流により発生する磁界によって、例えば第１のＧＭＲ強磁性層２３ａではプラスｚ方向に、また第２のＧＭＲ強磁性層２３ｂではマイナスｚ方向に回転する。
【００５４】
そこで、例えば第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂに同方向、例えばプラスｚ方向の信号磁界が流入すると、磁化Ｍａ２と磁化Ｍａ１との成す角度は増加するため、第１のＧＭＲユニット２７ａでは抵抗変化は増加となる。しかし、磁化Ｍａ３と磁化Ｍａ１との成す角度は逆に減少するため、第２のＧＭＲユニット２７ｂでは抵抗変化は減少となる。従って、ＧＭＲ素子部２６全体としては抵抗は変化しない。
【００５５】
一方、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂに逆方向の信号磁界がが流入すると、磁化Ｍａ２と磁化Ｍａ１との成す角度および磁化Ｍａ３と磁化Ｍａ１との成す角度は両者とも増加または両者とも減少となり、第１のＧＭＲユニット２７ａの抵抗変化、および第２のＧＭＲユニット２７ｂの抵抗変化はいずれも増加または減少となる。これにより、ＧＭＲ素子部２６としての抵抗が大きく変化する。すなわち、逆方向の信号磁界が第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂに加わる場合にのみ、信号磁界によりＧＭＲ素子部２６の抵抗が大きく変化するので、差動動作による信号検出が可能になる。
【００５６】
上述したような差動動作での線形応答領域を広くするためには、磁化Ｍａ２と磁化Ｍａ３のセンス電流による回転角度を、トラック幅方向（図中、ｙ方向）からそれぞれ約 ＋４５°および約 −４５°に設定することが望ましい。この角度設定は、センス電流値や各層２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５の厚さや抵抗率等を適切に選定することで達成できる。
【００５７】
このように、上記第２の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、従来のＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドとは異なり、第１および第２のＧＭＲユニット２７ａ、２７ｂにおける磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、差動動作型ＭＲヘッド２１においては、 ２つのＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂの間隔で、磁気記録媒体９の磁化遷移領域に応じた長さにギャップを規定することができる。 ここで、上記構成の差動動作型ＭＲヘッド２１では、スピン依存散乱能力を低下させることなく、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１を信号磁界で変化させないようにすることが、差動動作により安定した高Ｓ／Ｎ比の信号検出を行う上で重要である。低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１は、以下に示す （ａ）〜 （ｃ）の構成の少なくとも １つを採用することで安定させることができる。
【００５８】
（ａ） ＧＭＲ素子部２６を構成する各層２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５は、デプス（図中、ｚ方向の幅）を媒体対向面からの研磨により最終的に調整する。そこで、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂのそれぞれの外側に、研磨に対して削れ難い高硬度の軟磁性膜を配置する。このような構成にすると、少なくとも低透磁率強磁性層２５は媒体対向面から後退する。これにより、低透磁率強磁性層２５に加わる信号磁界強度は弱まるので、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１の安定度が増加する。このような構成を採用する場合には、上述したように低透磁率強磁性層２５にスピン依存散乱能力に優れた強磁性材料を用いる。上記高硬度の軟磁性膜としては、Ｆｅ系やＣｏ系の窒化膜、Ｃｏ系非晶質膜等が例示され、その厚さは １〜５０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５９】
このとき、媒体近傍に比べると多少は弱まるものの、上記高硬度軟磁性膜により必要な信号磁界をＧＭＲ素子部２６まで引き込むことができるので、低透磁率強磁性層２５の後退による感度低下は僅かである。ただし、高硬度軟磁性膜の抵抗が低いと、そこにセンス電流が流れるので、抵抗変化率が低下するおそれがある。従って、高硬度軟磁性膜にはＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂより高抵抗率の膜を用いることが好ましい。
【００６０】
上述した低透磁率強磁性層２５の媒体対向面からの後退は、低透磁率強磁性層２５を選択的にエッチングすることによっても達成できる。このエッチングには、いわゆるＣＤＥ等のドライエッチングを利用することができる。
【００６１】
（ｂ） 一般に、高保磁力膜や大きな磁気異方性を有する強磁性膜は、スピン依存散乱能力が必ずしも十分ではない場合が多い。そこで、低透磁率強磁性層２５と第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂとのそれぞれの界面に、スピン依存散乱能力に優れた強磁性膜を挿入する。このような構成とすることにより、スピン依存散乱能力を弱めることなく、低透磁率強磁性層２５の保磁力や磁気異方性を増大させることができる。従って、高抵抗変化率を維持した上で、低透磁率強磁性層２５の磁化が信号磁界で動くことが抑制できる。具体的には、例えば低透磁率強磁性層２５をスピン依存散乱能力がさほど強くない厚さ２０ｎｍ程度のＣｏＮｉＴａ合金膜、ＣｏＰｔＣｒ合金膜等の硬質強磁性膜により構成し、このような低透磁率強磁性層２５と第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂとのそれぞれの界面に特にスピン依存散乱能力に優れた厚さ １．５〜 ５ｎｍ程度のＣｏ膜を配置する。
【００６２】
（ｃ） 低透磁率強磁性層２５を、強磁性膜と非磁性膜とを交互に積層し、非磁性膜を介して近接する強磁性膜間に反強磁性的な結合を生じさせた人工格子膜により構成する。上記人工格子膜は、飽和磁界以上となるように反強磁性結合の大きさを制御することが望ましい。具体的な構成としては、厚さ ０．５〜 ５ｎｍ程度のＣｏ膜と厚さ ０．５〜 ５ｎｍ程度のＣｕ膜やＲｕ膜との交互積層膜が挙げられる。このような構成によっても、信号磁界に対する低透磁率強磁性層２５の磁化方向の安定性を高めることができる。
【００６３】
上述したような構成（ａ） 〜（ｃ） を採用することによって、より一層安定した差動動作による高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施例について図８を参照して説明する。
【００６５】
図８に示す差動動作型ＭＲヘッド３１においては、基板３２上に信号磁界で磁化が回転する第１のＧＭＲ強磁性層３３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層３４ａ、信号磁界では磁化方向が実質的に変化しない第１の低透磁率強磁性層３５ａ、両隣の強磁性層３５ａ、３５ｂ間の強磁性的な磁気結合を弱める分離用非磁性中間層３６、第２の低透磁率強磁性層３５ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ｂ、および第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂが順に積層形成されており、これらの積層構造によりＧＭＲ素子部３７が構成されている。
【００６６】
ここで、第１のＧＭＲ強磁性層３３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層３４ａおよび第１の低透磁率強磁性層３５ａは、第１のＧＭＲユニット３８ａを構成しており、第２の低透磁率強磁性層３５ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ｂおよび第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂは、第２のＧＭＲユニット３８ｂを構成している。さらに、ＧＭＲ素子部３７の両端には、センス電流をトラック幅方向（図中、ｙ方向）に供給するための電極３９ａ、３９ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド３１が構成されている。
【００６７】
第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂ、第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ａ、３４ｂには、いずれも前述した第２の実施例と同様な材料および厚さが適用される。第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂについても同様に、第２の実施例における低透磁率強磁性層と同様な材料および膜厚が適用される。
【００６８】
分離用非磁性中間層３６は、第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ａ、３４ｂと同様なスピン依存散乱に適した非磁性膜がスピン情報を分断せずに大きな抵抗変化率を得る上で好ましいが、必ずしもスピン依存散乱に適した低抵抗である必要はなく、また第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂ間の強磁性的な磁気結合を大幅に弱めるような非磁性膜を用いることが望ましい。従って、強磁性層３５ａ、３５ｂ間の強磁性的な結合を弱めることを重視するなら、例えば分離用非磁性中間層３６を ＳｉＯ２ 膜やＡｌ２ Ｏ ３ 膜等の非磁性絶縁膜で構成することも可能であり、ギャップ長を適正化する上で分離用非磁性中間層３６の層厚を厚くすることが望まれる場合、これによりセンス電流の分離用非磁性中間層３６への分流による抵抗変化率の低下を防ぐことができる。また、分離用非磁性中間層３６は低透磁率強磁性層３５ｂの下地となるため、低透磁率強磁性層３５ｂの高保磁力化や高い一軸磁気異方性の付与に適したＣｒ膜やＴａ膜等の非磁性金属膜を用いてもよい。分離用非磁性中間層３６の厚さは、選択した材質等によって適宜設定すればよく、ギャップ長の適正化のために例えば ０．５〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００６９】
上記した差動動作型ＭＲヘッド３１において、高記録密度がそれほど必要ない場合には、ギャップ長を大きくしたほうがＧＭＲ素子部３７全体に信号磁界が及ぶので、再生感度が向上するという利点がある。ただし、分離用非磁性中間層３６の抵抗率が低いと、そこにセンス電流が流れやすくなり、一方では再生感度が低下する問題が発生する。このため、分離用非磁性中間層３６の厚さを厚くする場合には、抵抗率の高い材料で分離用非磁性中間層３６を形成することが望ましい。
【００７０】
図９に示すように、第１の低透磁率強磁性層３５ａの磁化Ｍｂ１は、媒体対向面に対して垂直方向（図中、プラスｚ方向）に着磁されている。一方、第２の低透磁率強磁性層３５ｂの磁化Ｍｂ２は、第１の低透磁率強磁性層３５ａとは １８０°異なる方向（図中、マイナスｚ方向）に着磁されている。このような １８０°方向が異なる着磁は、以下のようにして実現できる。
【００７１】
まず、成膜条件を変化させたり、異なる膜上に成膜する等によって、 ２つの低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂの保磁力Ｈｃ１、Ｈｃ２を異ならせる。なおこの実施例では、非磁性層３４ａ上に形成された低透磁率強磁性層３５ａでは高保磁力が得られにくいため、Ｈｃ１＜Ｈｃ２となっている。そして、保磁力Ｈｃ２よりも大きな磁界を加えて着磁し、磁界を零に戻した後に、逆方向にＨｃ１とＨｃ２の中間の磁界を加えて着磁する。特に上述したように分離用非磁性中間層３６として、第２の低透磁率強磁性層３５ｂの高保磁力化や高い一軸磁気異方性の付与に適したＣｒ膜やＴａ膜等を使用することによって、ＧＭＲ非磁性中間層３４ａ上の第１の低透磁率強磁性層３５ａに比べて、第２の低透磁率強磁性層３５ｂの保磁力を容易に大きくすることができる。
【００７２】
このように、第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂを着磁すると、それぞれの着磁方向を強める方向に静磁結合磁界が発生するので、より信号磁界に対する安定性が向上するという利点がある。さらに、第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂをプラスｚ方向およびマイナスｚ方向に着磁した場合には、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの磁化Ｍｂ３、Ｍｂ４が信号磁界に応じてトラック幅方向からプラスｚ方向またはマイナスｚ方向に回転し、この回転に応じて抵抗が図１０に示すように線形に変化する。図１０において、Ｈｓ ＋ はプラスｚ方向に磁化が向く磁界を、Ｈｓ − はマイナスｚ方向に磁化が向く磁界を示す。
【００７３】
従って、センス電流による磁界で概ね±４５°方向に第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの磁化Ｍｂ３、Ｍｂ４を回転させなくても、線形な抵抗変化が得られ、歪みの少ない高Ｓ／Ｎ比の信号検出が可能となる。換言すれば、広い線形応答範囲を得るためには、形状磁気異方性や磁界中成膜等により形成される誘導磁気異方性等を利用して、さらに必要に応じて図２ないし図５に示される差動動作型ＭＲヘッドと同様にバイアス膜を設置する等して、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの磁化Ｍｂ３、Ｍｂ４を媒体からの信号磁界が零の状態で概ねトラック幅方向（図中、ｙ方向）に向けることが好ましい。
【００７４】
上述した構成によると、図１０から明らかなように、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂに同方向、例えばプラスｚ方向の信号磁界が加わると、第１のＧＭＲユニット３８ａでは第１のＧＭＲ強磁性層３３ａと第１の低透磁率強磁性層３５ａの磁化が強磁性的に配列するため、抵抗が減少する。一方、第２のＧＭＲユニット３８ｂでは、逆に第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂと第２の低透磁率強磁性層３５ｂの磁化が反強磁性的に配列するため、抵抗が増大する。従って、 ２つのＧＭＲユニット３８ａ、３８ｂによる抵抗変化は相殺し、ＧＭＲ素子部３７全体としては抵抗が変化しない。
【００７５】
一方、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂに逆方向、例えば第１のＧＭＲ強磁性層３３ａにプラスｚ方向、第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂにマイナスｚ方向の信号磁界が加わると、第１のＧＭＲユニット３８ａでは第１のＧＭＲ強磁性層３３ａと第１の低透磁率強磁性層３５ａの磁化が強磁性的に配列して抵抗が減少する。また、第２のＧＭＲユニット３８ｂでも、第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂと第２の低透磁率強磁性層３５ｂの磁化が強磁性的に配列して抵抗が減少する。これらにより、ＧＭＲ素子部３７全体としての抵抗が大きく変化するため、差動動作型の磁界検出が可能になる。
【００７６】
このように、上記第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド３１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、前述した第２の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１と同様に、第１および第２のＧＭＲユニット３８ａ、３８ｂにおける磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、差動動作型ＭＲヘッド３１においては、 ２つのＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの間隔を例えば分離用非磁性中間層３６の厚さで任意に調節できるため、線記録密度に応じた適切なギャップ長を設定することができる。
【００７７】
また、上記構成の差動動作型ＭＲヘッド３１においても、前述した第２の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１と同様に、スピン依存散乱能力を低下させることなく、第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂの磁化Ｍｂ１、Ｍｂ２を信号磁界で変化させないように、前述した （ａ）〜 （ｃ）の構成の少なくとも １つを採用することが好ましい。具体的な構成は前述した通りである。
【００７８】
なお、前述した第２および第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１、３１は、ＧＭＲ強磁性層のそれぞれ外側に、第１の実施例と同様に信号磁界検出用強磁性層を配置した構成としてもよい。
【００７９】
次に、本発明の第４の実施例について図１１を参照して説明する。
【００８０】
図１１に示す差動動作型ＭＲヘッド４１においては、基板４２上に第１の低透磁率強磁性層４３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層４４、第１のＧＭＲ強磁性層４５ａ、分離用非磁性中間層４６、第２の低透磁率強磁性層４３ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層４４ｂ、および第２のＧＭＲ強磁性層４５ｂが順に積層形成されており、これらの積層構造によりＧＭＲ素子部４７が構成されている。
【００８１】
ここで、第１の低透磁率強磁性層４３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層４４ａおよび第１のＧＭＲ強磁性層４５ａは、第１のスピンバルブユニット４８ａを構成しており、第２の低透磁率強磁性層４３ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層４４ｂおよび第２のＧＭＲ強磁性層４５ｂは、第２のスピンバルブユニット４８ｂを構成している。さらに、ＧＭＲ素子部４７の両端には、センス電流をトラック幅方向（図中、ｙ方向）に供給するための電極４９ａ、４９ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド４１が構成されている。
【００８２】
ＧＭＲ素子部４７を構成する各層の材料および厚さ等は、前述した第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド３１と同様である。また、第１の低透磁率強磁性層４３ａの保磁力や一軸磁気異方性を増大させるために、基板４２と第１の低透磁率強磁性層４３ａの中間にＣｒやＴａ等からなる非磁性膜を挿入してもよい。
【００８３】
この差動動作型ＭＲヘッド４１では、図１２に示すように、第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド３１と同様に第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの磁化Ｍｃ１、Ｍｃ２をプラスｚ方向およびマイナスｚ方向に着磁することによって、第３の実施例と同様な差動動作型の磁界検出が実現できる。この構成によると、第１の低透磁率強磁性層４３ａの下地膜、および第２の低透磁率強磁性層４３ｂの下地となる分離用非磁性中間層４６として、第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの保磁力や一軸磁気異方性を高めるのに適したＣｒ膜等を用いることができる。その結果、第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの磁化が媒体磁界に対して安定となるという利点を有する。第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂ間に静磁結合磁界が発生して、より信号磁界に対する安定性が向上する点も、第３の実施例と同様である。また、第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの着磁方向を １８０°異ならせるには、例えば第３の実施例と同様に、これら低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの成膜条件を変化させるか、異なる下地膜上に形成すればよい。
【００８４】
次に、本発明の第５の実施例について図１３を参照して説明する。
【００８５】
図１３に示す差動動作型ＭＲヘッド５１では、基板５２上に第１の信号磁界検出用強磁性層５３ａ、中間層としてのグラニュラー型強磁性中間層５４、第２の信号磁界検出用磁性層５３ｂが順に積層形成されて差動動作型ＭＲエレメント５５が構成されている。さらに、差動動作型ＭＲエレメント５５の両端には、センス電流を供給するための電極５６ａ、５６ｂが形成されている。
【００８６】
上記グラニュラー型強磁性中間層５４は、磁性領域５４ａと非磁性領域５４ｂとに相分離したものである。磁性領域５４ａで磁化が同方向に配列した成分が多い場合には抵抗は低く、反平行成分が増大すると抵抗が増大する。従って、この差動動作型ＭＲヘッド５１においては、グラニュラー型強磁性中間層５４がＧＭＲ素子部として機能する。ここで、グラニュラー型強磁性中間層５４は、例えば厚さが３０ｎｍ程度で、磁性領域５４ａがＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等を主成分とする磁性体からなると共に、非磁性領域５４ｂがＣｕ、Ａｕ、Ａｇおよびその合金等の非磁性体からなるものである。
【００８７】
グラニュラー型強磁性中間層５４は、強磁界で着磁させるか、あるいは図２ないし図５と同様にバイアス膜を配置して、信号磁界が零の状態で磁性領域５４ａの磁化を略同一方向に配列させることが好ましい。その結果、グラニュラー型強磁性中間層５４が実質的なギャップに相当することになり、１０〜 １００ｎｍ程度の適切な長さのギャップを形成することが可能となる。
【００８８】
そして、磁気記録媒体９の磁化遷移領域から離れたところに、ギャップとなるグラニュラー型強磁性中間層５４が位置して同方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層５３ａ、５３ｂに印加された場合には、これらの磁化は互いに同方向に回転するため、グラニュラー型強磁性中間層５４内の磁性領域５４ａにおける磁化も同方向に回転して、結局磁化の成す角度は変化しない。従って、グラニュラー型強磁性中間層５４で実質的な抵抗変化は生じない。一方、磁気記録媒体９の磁化遷移領域の直上にギャップとなるグラニュラー型強磁性中間層５４が存在し、互いに逆方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層５３ａ、５３ｂに印加された場合には、これらの磁化は強磁性層５３ａ、５３ｂの界面近傍で互いに反対方向に回転するため、グラニュラー型強磁性中間層５４内の磁性領域５４ａにおける磁化についても反平行的成分が増大する。その結果、グラニュラー型強磁性中間層５４の抵抗が増大して記録情報が検出される。
【００８９】
このように、この第５の実施例の差動動作型ＭＲヘッド５１は、前述した各実施例と同様に、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、グラニュラー型強磁性中間層５４内の磁性領域５４ａにおける磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、上述したようにグラニュラー型強磁性中間層５４の厚さで適切なギャップ長を設定することで、著しく線記録密度の高い、例えば ０．１μｍ 以下の再生を高感度に実現することが可能となる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の差動動作型ＭＲヘッドによれば、差動動作型の出力応答を安定して得ることができ、高記録密度の再生を高感度および高Ｓ／Ｎ比で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加した変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加した他の変形例を示す断面図である。
【図４】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加したさらに他の変形例を示す断面図である。
【図５】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加したさらに他の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界零における磁化状態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界零における磁化状態を示す図である。
【図１０】図８に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界による抵抗変化を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界零における磁化状態を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１……差動動作型ＭＲヘッド
３、５３……信号磁界検出用強磁性層
４、２３、３３、４５……ＧＭＲ強磁性層
５、２４、３４、４４……ＧＭＲ非磁性中間層
７、２６、３７、４７……ＧＭＲ素子部
２５、３５、４３……低透磁率強磁性層
３６、４６……分離用非磁性中間層
５４……グラニュラー型強磁性中間層
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気記録装置やＶＴＲ等に用いられる磁気抵抗効果ヘッドに係り、さらに詳しくは差動動作型の磁気抵抗効果ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記録トラック幅の減少や記録波長の高周波化によって、磁気記録装置例えばハードディスク装置等の記録密度の向上が図られている。記録トラック幅が狭まると、磁気記録媒体からの信号磁束量が減少するため、より高感度な再生ヘッドが必要となる。このような高感度再生ヘッドとして、磁気抵抗効果ヘッド（以下、ＭＲヘッドと記す）が注目されている。
【０００３】
特にＭＲヘッドのうちでも、異方性磁気抵抗効果（以下、ＡＭＲと記す）を利用したＭＲヘッドに比べて抵抗変化率が大きい、いわゆる巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲと記す）を利用したＭＲヘッド（ＧＭＲヘッド）が将来の高感度再生を可能にする磁気ヘッドとして有望視されている。
【０００４】
一方、現在主流であるシールド型ＭＲヘッドで線記録分解能を向上させるためには、高透磁率を有するシールド層とＭＲエレメントとの間隔、すなわちギャップ間隔を狭める必要がある。しかし、この場合にシールド層とＭＲエレメント間の電気的な絶縁を保った上で、ギャップ間隔を例えば ０．１μｍ 以下というように狭めることは著しく困難である。このように、シールド型ＭＲヘッドでは線記録分解能の向上に限界が生じている。
【０００５】
そこで、非磁性中間層を介して ２つのＭＲエレメントを積層した、いわゆるデュアルエレメントタイプのＭＲヘッドが提案されている。このデュアルエレメントタイプのＭＲヘッドは、 ２つのＭＲエレメントに磁気記録媒体から同方向の信号磁界が印加された場合には抵抗が変化せず、逆方向の信号磁界が印加された場合にのみ抵抗が変化することを利用した、いわゆる差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドである。差動動作型ＭＲヘッドでは、非磁性中間層の厚さで再生分解能が規定されるが、シールド型ＭＲヘッドとは異なり、 ２つのＭＲエレメント間を電気的に絶縁する必要はなく磁気的な絶縁のみでよい。従って、差動動作型ＭＲヘッドでは、非磁性中間層の厚さを著しく薄く、例えば１０ｎｍ以下程度にすることができる。その結果、著しく高い線記録密度の再生が可能となる。
【０００６】
従来の差動動作型ＭＲヘッドとしては、略同一の磁気抵抗効果特性（ＭＲ特性）を有するＡＭＲエレメントを ２つ用いたものが知られている。ＡＭＲエレメントを用いた場合には、それらの磁化をトラック幅方向から約 ＋４５°と −４５°というように、反対方向に回転させる動作点バイアス磁界を印加する。これにより、差動動作型ＭＲヘッドが実現できる。
【０００７】
しかし、ＡＭＲエレメントを用いた従来の差動動作型ＭＲヘッドでは、非磁性中間層の厚さを薄くすると、信号磁界（媒体磁界）がＭＲエレメントの上部にまで流入されないため、近い将来にＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドでは感度が不十分になることが予測される。さらに、上記したような動作点バイアス磁界を印加しなければならないため、その付与や調整が繁雑であるという問題を有している。
【０００８】
また、ＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドの構造としては、 ２つのＡＭＲ層を非磁性中間層を介して積層し、上側のＡＭＲ層上にセンス電流を供給する一対の電極を形成することが一般的である。ここで、ＡＭＲエレメントでは、電流と磁化の成す角度が重要である。このため、差動動作型ＭＲヘッドにおいて、 ２つのＡＭＲエレメントのＭＲ特性を略同一とするためには、 ２つのＡＭＲ層自体の特性を揃えるだけでなく、 ２つのＡＭＲ層間で供給されるセンス電流の方向に角度が生じないことが必要となる。しかし、上記したような電極が一方のＡＭＲ層に積層して形成された構造の場合、上側のＡＭＲ層と下側のＡＭＲ層とで電流分布（方向等）に差が生じ、 ２つのＡＭＲ層の間でセンス電流の方向に角度が生じやすい。従って、 ２つのＡＭＲ層に同方向磁界が加わった場合にも抵抗変化が生じ、信号として出力されてしまうおそれがあり、このような信号の誤検出によるノイズ発生も問題となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の差動動作型ＭＲヘッドは、 ２つのＡＭＲエレメントを用いていたため、信号磁界の侵入深さが浅くなることや ２つのＡＭＲ層の間で電流方向に傾きが生じること等に起因して感度が低下しやすいという問題や、動作点バイアス磁界の付与や調整が繁雑であるという問題を有していた。
【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、線分解能（再生分解能）の向上を図った上で、高感度および高Ｓ／Ｎ比を高信頼性の下で実現した差動動作型の磁気抵抗効果ヘッド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と作用】
本発明の磁気抵抗効果ヘッドは、一対のスピン依存散乱能を有する強磁性層と、前記一対の強磁性層間に介在された非磁性中間層とを有し、信号磁界が零の状態で前記一対の強磁性層の磁化が同一方向を向くように、前記一対の強磁性層間に前記非磁性中間層を介して強磁性的な結合力が働いている積層構造を有し、前記一対の強磁性層に同方向の信号磁界が印加される場合には信号磁界が零の状態から抵抗が変化せず、前記一対の強磁性層に互いに逆方向の信号磁界が印加される場合に前記一対の強磁性層の磁化の成す角度が変化することに基いて信号磁界が零の状態から抵抗が変化する磁気抵抗効果素子部を具備する差動動作型の磁気抵抗効果ヘッドであって、前記磁気抵抗効果素子部の前記一対の強磁性層の磁化の成す角度の変化による巨大磁気抵抗効果に基く抵抗変化を利用して信号磁界を検出することを特徴としている。
【００１２】
なお、本発明における非磁性中間層は、強磁性材料はもちろん反強磁性材料で構成される場合も除外されるものとする。
【００１３】
本発明の差動動作型ＭＲヘッドは、一対のスピン依存散乱能を有する強磁性層（以下、ＧＭＲ強磁性層と記す）と、この一対のＧＭＲ強磁性層間に配置されたスピン依存散乱に適した低抵抗の非磁性中間層（以下、ＧＭＲ非磁性中間層と記す）との積層構造を、スピン依存散乱による巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果素子部（以下、ＧＭＲ素子部と記す）として機能させるものである。
【００１６】
本発明においては、一対のＧＭＲ強磁性層間に強磁性的な結合力を発生させ、2つのＧＭＲ強磁性層の磁化を信号磁界が零の状態で略同一方向に揃えることが望ましい。2つのＧＭＲ強磁性層間の強磁性的な結合力は、非磁性中間層の層厚を制御することにより必要な値に調整することができる。なお、バイアス磁界を印加して磁化方向を揃えるようにしてもよい。バイアス磁界は、ＧＭＲ素子部にCoPt膜等からなる硬質強磁性膜やFeMn膜やNiO膜等からなる反強磁性膜を近接配置または積層することにより付与することができる。
【００１７】
なお、強磁性層と非磁性中間層とを交互に積層し、強磁性層間の反強磁性的結合を利用する、これまでの一般的なＧＭＲ多層膜では、信号磁界が零の状態では強磁性層の磁化が反強磁性的に配列している。そして、全ての強磁性層に同方向の信号磁界が加わる場合に、強磁性的な磁化配列に向けて磁化が回転し、その結果として抵抗が変化するため、差動動作的な信号磁界の検出は期待できない。
【００１８】
また、本発明の差動動作型ＭＲヘッドにおけるＧＭＲ強磁性層は、信号磁界を検出する信号磁界検出用強磁性層を兼ねていてもよいが、ＧＭＲ強磁性層とは別途に、それらの外側にそれぞれ信号磁界検出用強磁性層を配置した構造とすることが好ましい。すなわち、ＧＭＲ強磁性層／非磁性中間層／ＧＭＲ強磁性層の積層構造をＧＭＲ素子部とし、その外側にそれぞれ信号磁界検出用強磁性層を配置した構造である。この際、ＧＭＲ強磁性層と信号磁界検出用強磁性層とは、交換結合していることが好ましい。
【００１９】
上記した信号磁界検出用強磁性層には、ＧＭＲ強磁性層より高透磁率を有する強磁性材料を用いることが好ましい。また、一対の信号磁界検出用強磁性層を媒体対向面に突出形成し、ＧＭＲ素子部を媒体対向面から後退させることが好ましい。これらにより、上記積層構造を有するＧＭＲ素子部を実質的なギャップとして機能させることができる。このような場合、ＧＭＲ素子部が実質的なギャップとして機能することを考慮してＧＭＲ素子部の厚さを設定する。例えば、 ４〜 １０Ｇｂ／ｉｎ２ 程度の高記録密度を達成する場合には、ＧＭＲ素子部の厚さを１０〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００２０】
さらに、信号磁界検出用強磁性層としては、ＧＭＲ強磁性層より高抵抗を有するもの、具体的には １００μΩｃｍ以上の抵抗率を有するものを用いることが好ましい。これにより、信号磁界検出用強磁性層へのシャント分流が抑制できることから、感度の向上を図ることが可能となる。さらに、信号磁界検出用強磁性層には、ＧＭＲ強磁性層より層厚が厚い強磁性層も有効である。この場合、ＧＭＲ強磁性層との交換結合による透磁率の低下等の磁気的な影響を少なくすることができるため、信号磁界の検出が容易となる。
【００２１】
上述した本発明の差動動作型ＭＲヘッドは、従来のＧＭＲ多層膜とは異なり、例えばＧＭＲ強磁性層間に強磁性的な結合力が働くようにすることで、信号磁界が零の状態で一対のＧＭＲ強磁性層の磁化が略同一方向を向いていることになる。垂直磁気記録媒体を例にとると、差動動作型ＭＲヘッドが磁気記録媒体の磁化遷移領域から離れた場合には、2つのＧＭＲ強磁性層に同方向の信号磁界が印加されるため、それらの磁化の成す角度は変化せず、実質的に抵抗変化は生じない。一方、少なくともＧＭＲ非磁性中間層が磁気記録媒体の磁化遷移領域の直上に来ると、2つのＧＭＲ強磁性層には互いに逆方向の信号磁界が印加され、それぞれの磁化は異なる方向に回転する。よって、2つのＧＭＲ強磁性層の磁化の成す角度が変化して、大きく抵抗が変化する。すなわち、磁気記録媒体の磁化遷移領域のみで記録情報を検出することができる。特に、磁化遷移領域での信号磁界遷移が急激な垂直磁気記録媒体に対して著しく高分解能の再生が可能となり、大幅に線記録密度を向上させることができる。
【００２２】
このように、本発明の差動動作型ＭＲヘッドは、電流と磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用するＡＭＲエレメントを用いた従来の差動動作型ＭＲヘッドとは異なり、電流方向には全く依存せず、一対のＧＭＲ強磁性層の磁化が成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度再生が実現できる。従って、例えば従来のＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドで問題となっていた、2つのＡＭＲ層間で生じる電流方向の傾きに基くノイズ等は発生しなくなる。そして、このような高感度再生を極めて簡易なヘッド構造で実現することが可能となる。また、本発明の差動動作型ＭＲヘッドにおいて、ＧＭＲ強磁性層／非磁性中間層／ＧＭＲ強磁性層の積層構造からなるＧＭＲ素子部の外側にそれぞれ信号磁界検出用強磁性層を配置した場合、ＧＭＲ素子部を実質的なギャップとして機能させることができるため、ギャップ長を拡大することが可能となる。従って、磁気記録媒体の磁化遷移領域の長さに適したギャップ長の設定と高感度再生を両立させることができる。一方、非磁性中間層を単独でギャップとして機能させた場合には、その厚さが例えば5nm以上に増大するとＧＭＲ強磁性層／非磁性中間層／ＧＭＲ強磁性層の積層構造からなるＧＭＲ素子部の抵抗変化率が低下するため、磁気記録媒体の磁化遷移領域の長さに適したギャップ長（10〜100nm程度）の設定と高感度再生の両立が困難となるおそれがある。
【００２３】
さらに、信号磁界検出用強磁性層の抵抗がＧＭＲ強磁性層のそれより高いと、信号磁界検出用強磁性層へのシャント分流が抑制でき、感度の向上を図ることができる。また、信号磁界検出用強磁性層をＧＭＲ強磁性層より高透磁率の磁性材料で構成したり、ＧＭＲ素子部を媒体対向面より後退させることによって、ＧＭＲ強磁性層の信号磁界による直接的な磁化回転を抑制することができる。従って、ＧＭＲ強磁性層の磁化回転は、信号磁界検出用強磁性層との交換結合バイアス磁界等が主になるため、より明確にＧＭＲ素子部の厚さでギャップ長が規定できる。
【００３５】
【実施例】
次に、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
【００３６】
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施例について述べる。図１に示す差動動作型ＭＲヘッド１においては、基板２上に信号磁界で磁化が回転する第１の信号磁界検出用強磁性層３ａ、第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、ＧＭＲ非磁性中間層５、第２のＧＭＲ強磁性層４ｂ、および第１の信号磁界検出用強磁性層３ａと同様に信号磁界で磁化が回転する第２の信号磁界検出用強磁性層３ｂが順に積層形成されて差動動作型ＭＲエレメント６が構成されている。第１の信号磁界検出用強磁性層３ａと第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、第２のＧＭＲ強磁性層４ｂと第２の信号磁界検出用強磁性層３ｂとは、それぞれ交換結合している。
【００３７】
ここで、第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、ＧＭＲ非磁性中間層５および第２のＧＭＲ強磁性層４ｂによる積層構造はＧＭＲ素子部７を構成している。さらに、差動動作型ＭＲエレメント６の両端には、センス電流を供給するための電極８ａ、８ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド１が構成されている。第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂには、透磁率が高いＮｉＦｅ合金等よりも、透磁率が比較的低いＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金等を用いることが好ましい。これらはＧＭＲ非磁性中間層５との界面で優れたスピン依存散乱能力を発揮する。ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さは ４〜４０ｎｍ程度とすることが好ましい。ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さが ４ｎｍ未満だと、抵抗変化率が低下する傾向がある上に、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂを設置しても、目的とする線記録密度に適したギャップ長（例えば１０〜 １００ｎｍ）に設定することが困難となる。逆にＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さが４０ｎｍを超えると、抵抗変化率が著しく低下するおそれがある。第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂは、具体的には厚さ１０ｎｍ程度のＣｏＦｅ合金膜、Ｃｏ膜、ＣｏＦｅＮｉ合金膜等からなるものである。
【００３８】
ＧＭＲ非磁性中間層５には、スピン依存散乱に適した低抵抗のＣｕ膜、Ａｕ膜、Ａｇ膜、それらを主成分とする合金膜等を用いることができる。ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さは ２〜 ５ｎｍ程度とすることが好ましい。ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さが ５ｎｍを超えると、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂ間の強磁性的な結合力が減少して抵抗変化率が低下するおそれがある。また、ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さが ２ｎｍ未満であると、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂ間の強磁性的な結合力が強くなりすぎる。その場合、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂに互いに逆方向の磁界が印加されたときに、それらの磁化を反強磁性的に配列させることが困難となり、結果的に抵抗変化率が減少するおそれがある。
【００３９】
ここで、一般に非磁性中間層を介してＣｏ膜等の強磁性層を積層してなるＧＭＲ素子部においては、近接する強磁性層間には非磁性中間層の厚さに応じて、周期的に強磁性的な結合力と反強磁性的な結合力が働くことが知られている。通常、シールド型ＭＲヘッドにこのようなＧＭＲ多層膜を適用する場合は、全ての強磁性層に同方向の信号磁界が加わったときに動作するように、非磁性中間層は近接する強磁性層間に反強磁性的な結合力が生じる厚さに設定される。然るに、この実施例では第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂ間に強磁性的な結合力が生じる厚さ、例えば ３ｎｍにＧＭＲ非磁性中間層５の厚さを設定している。この強磁性的な結合力により、信号磁界が零の状態では、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化は略同一方向に配列している。
【００４０】
第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂには、ＣｏＺｒＮｂ膜やＣｏＦｅＢＣ膜のような非晶質膜、 ＦｅＺｒＮ膜や ＦｅＴａＮ膜のような窒化微結晶膜、 ＦｅＴａＣ膜やＦｅＺｒＣ 膜のような炭化微結晶膜、Ｆｅ−ＳｉＯヘテロアモルファス膜、ＮｉＦｅＸ（ただし、 ＸはＮｂ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｃｕ等の金属元素）のような合金膜等を用いることが好ましい。これらは、上述したＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂより高透磁率を有すると共に、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂへのセンス電流の分流による感度低下を防止することが可能な例えば １００μΩｃｍ以上の高抵抗を有するものである。
【００４１】
信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの厚さは、特に限定されるものではないが、ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂより厚く設定することが好ましい。これにより、ＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂとの交換結合による透磁率の低下等の磁気的な影響を少なくすることができるため、信号磁界の検出が容易となる。信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの具体的な厚さは ５〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの厚さが薄すぎると、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの磁化回転に応じてＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂを磁化回転させることが困難となる。逆に信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの厚さが厚すぎると、その透磁率が低下する傾向がある上に、信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂへのシャント分流も増加する。信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂは、具体的には厚さ２０ｎｍ程度のＣｏＺｒＮｂ膜、ＣｏＦｅＢＣ膜、ＦｅＺｒＮ 膜、 ＦｅＴａＮ膜、 ＦｅＴａＣ膜、ＦｅＺｒＣ 膜、Ｆｅ−ＳｉＯヘテロアモルファス膜、 ＮｉＦｅＸ膜等からなるものである。
【００４２】
また、ＧＭＲ素子部７を構成する第１のＧＭＲ強磁性層４ａ、ＧＭＲ非磁性中間層５および第２のＧＭＲ強磁性層４ｂの積層構造は、第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂより耐摩耗性の低い材料により構成されている。このため、ＧＭＲ素子部７は研磨により媒体対向面から後退している。これにより、ＧＭＲ素子部７が直接的に感じる信号磁界は弱まり、ＧＭＲ素子部７の厚さでより一層明確にギャップ長を規定することができる。ＧＭＲ素子部７を媒体対向面から後退させるには、ＧＭＲ素子部７を選択的にリアクティブイオンエッチング、ケミカルドライエッチング等でエッチングしてもよい。
【００４３】
上記構成の差動動作型ＭＲヘッド１においては、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂは直接的には信号磁界により磁化が回転しない。第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂの磁化が信号磁界により回転するとその回転に応じて、界面での磁気的結合により第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化が回転する。その結果、ＧＭＲ素子部７が実質的なギャップに相当することになる。従って、線記録密度に応じた例えば１０〜 １００ｎｍ程度の適切な長さのギャップを形成することができる。この実施例においては、上述した通り第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの厚さがともに１０ｎｍ、ＧＭＲ非磁性中間層５の厚さが ３ｎｍであって、差動動作型ＭＲヘッド１のギャップ長は約２３ｎｍである。
【００４４】
そして、垂直磁気記録媒体を例にとると、磁気記録媒体９の磁化遷移領域から離れたところに上記ギャップが位置して、同方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂに印加された場合には、これらの磁化は互いに同方向に回転するため、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂにおいても結局磁化の成す角度は変化しない。よって、ＧＭＲ素子部７で実質的な抵抗変化は生じない。一方、磁気記録媒体９の磁化遷移領域の直上に上記ギャップが存在し、互いに逆方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層３ａ、３ｂに印加された場合には、これらの磁化は反対方向に回転するため、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂでも反平行的な磁化配列に向けて磁化の成す角度が変化する。その結果、ＧＭＲ素子部７の抵抗が大きく変化して記録情報が検出される。
【００４５】
このように、上記第１の実施例の差動動作型ＭＲヘッド１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、従来のＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドとは異なり、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化が成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、信号磁界が零の状態で、第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化を略同一方向に向けているため、信号検出が安定する。また、上述したように線記録密度に応じて適切なギャップ長を設定することができる。すなわち、第１の実施例の差動動作型ＭＲヘッド１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域の長さに応じたギャップ長の設定と差動動作による高感度再生とを、極めて簡易なヘッド構造で実現した再生ヘッドである。さらに、一般的ないわゆるスピンバルブ構造を利用したＧＭＲヘッドにおいては、一方のＧＭＲ強磁性層の磁化を反強磁性層により固着している。この反強磁性層には、通常、信号磁界が加わっても磁化固着状態が安定に維持できるように、大きなバイアス磁界を付与することが可能なＦｅＭｎ反強磁性層が用いられている。しかし、このＦｅＭｎ反強磁性層は腐食しやすいため、ＭＲヘッドの耐久性を低下させる要因となっていた。これに対して、上記差動動作型ＭＲヘッド１は、ＦｅＭｎ反強磁性層を用いる必要がないため、耐久性にも優れるものである。
【００４６】
図２ないし図５は、それぞれ上記第１の実施例の変形例の構成を示す図である。これらの差動動作型ＭＲヘッド１０、１１、１２、１３は、いずれも差動動作型ＭＲエレメント６に対してバイアス磁界を印加したものである。例えば、図２は差動動作型ＭＲエレメント６のトラック幅方向両端にバイアス膜１４をそれぞれ設置した構成を示している。また、図３は差動動作型ＭＲエレメント６のトラック幅両端上にバイアス膜１４をそれぞれ積層した構成を示している。図４は差動動作型ＭＲエレメント６のトラック幅両端の下の基板２とＭＲエレメント６の間にバイアス膜１４をそれぞれ積層した構成を示している。図５は差動動作型ＭＲエレメント６下にバイアス膜１４を積層した構成を示している。
【００４７】
なおバイアス膜１４は、例えばＣｏＰｔ膜等の硬質強磁性膜、ＦｅＭｎ膜や ＮｉＯ膜等の反強磁性膜からなるものである。これら差動動作型ＭＲヘッド１０、１１、１２、１３においては、信号磁界が零の状態で第１および第２のＧＭＲ強磁性層４ａ、４ｂの磁化をより確実に略同一方向に揃えることが可能となる。これに加えて、各強磁性層３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂから磁壁を除去して、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。ただし、図５に示した差動動作型ＭＲヘッド１３において、バイアス膜１４が硬質強磁性膜からなる場合は、強磁性層３ａとバイアス膜１４との間に非磁性層を介在させることがより好ましい。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施例について図６を参照して説明する。
【００４９】
図６に示す差動動作型ＭＲヘッド２１においては、基板２２上に信号磁界で磁化が回転する第１のＧＭＲ強磁性層２３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、信号磁界では磁化が実質的に変化しない低透磁率強磁性層２５、第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ｂ、および第１のＧＭＲ強磁性層２３ａと同様に信号磁界で磁化が回転する第２のＧＭＲ強磁性層２３ｂが順に積層形成されており、これらの積層構造によりＧＭＲ素子部２６が構成されている。
【００５０】
なおここでは、第１のＧＭＲ強磁性層２３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層２４ａおよび低透磁率強磁性層２５を第１のＧＭＲユニット２７ａ、低透磁率強磁性層２５、第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ｂおよび第２のＧＭＲ強磁性層２３ｂを第２のＧＭＲユニット２７ｂとみなすことができる。さらに、ＧＭＲ素子部２６の両端には、センス電流をトラック幅方向（図中、ｙ方向）に供給するための電極２８ａ、２８ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド２１が構成されている。
【００５１】
第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂには、スピン依存散乱能力に優れるＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＣｏＦｅＮｉ合金膜等を用いることが好ましい。ＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂの厚さは、大きな抵抗変化率を得る上で １〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂには、スピン依存散乱に適した低抵抗なＣｕ膜、Ａｕ膜、Ａｇ膜、これらを主成分とする合金膜等を用いることが好ましい。ＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂの厚さは、大きな抵抗変化率を得る上で １〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。この第２の実施例においては、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂには厚さ ８ｎｍのＮｉＦｅ合金膜、ＣｏＦｅ合金膜、ＣｏＦｅＮｉ合金膜等が、また第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂには厚さ ３ｎｍのＣｕ膜、Ａｕ膜、Ａｇ膜、これらの合金膜等が用いられている。
【００５２】
低透磁率強磁性層２５には、スピン依存散乱能力に優れ、かつ高い保磁力や大きな一軸磁気異方性の付与が可能なＣｏやＣｏＰｔのようなＣｏ系合金等の強磁性材料を用いることができる。また、その厚さは大きな抵抗変化率を得る上で １〜４０ｎｍ程度とすることが好ましい。この実施例では、厚さが２０ｎｍ、保磁力が２０ｋＡ／ｍのＣｏＰｔ膜（透磁率＝１０）からなる低透磁率強磁性層２５が用いられている。なおこのとき、低透磁率強磁性層２５に代えて、仮にスピン依存散乱能力に劣る高抵抗の反強磁性膜が用いられると、ここでＧＭＲ素子部２６のスピン情報が分断されるため、抵抗変化率が著しく低下する。これに対し、ＣｏやＣｏＰｔのような低透磁率強磁性層２５が形成される場合にはスピン情報が分断されることがなく、よって大きな抵抗変化率を得ることができる。
【００５３】
図７に示すように、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１の方向は、信号磁界の有無にかかわらず、概ねトラック幅方向に着磁されている。さらに、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１は、保磁力を高くすることで、あるいは大きな一軸磁気異方性を付与することで、その方向が実質的に信号磁界により動かない。一方、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂの磁化Ｍａ２、Ｍａ３の方向は、信号磁界がほぼ零の状態で、センス電流により発生する磁界によって、例えば第１のＧＭＲ強磁性層２３ａではプラスｚ方向に、また第２のＧＭＲ強磁性層２３ｂではマイナスｚ方向に回転する。
【００５４】
そこで、例えば第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂに同方向、例えばプラスｚ方向の信号磁界が流入すると、磁化Ｍａ２と磁化Ｍａ１との成す角度は増加するため、第１のＧＭＲユニット２７ａでは抵抗変化は増加となる。しかし、磁化Ｍａ３と磁化Ｍａ１との成す角度は逆に減少するため、第２のＧＭＲユニット２７ｂでは抵抗変化は減少となる。従って、ＧＭＲ素子部２６全体としては抵抗は変化しない。
【００５５】
一方、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂに逆方向の信号磁界がが流入すると、磁化Ｍａ２と磁化Ｍａ１との成す角度および磁化Ｍａ３と磁化Ｍａ１との成す角度は両者とも増加または両者とも減少となり、第１のＧＭＲユニット２７ａの抵抗変化、および第２のＧＭＲユニット２７ｂの抵抗変化はいずれも増加または減少となる。これにより、ＧＭＲ素子部２６としての抵抗が大きく変化する。すなわち、逆方向の信号磁界が第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂに加わる場合にのみ、信号磁界によりＧＭＲ素子部２６の抵抗が大きく変化するので、差動動作による信号検出が可能になる。
【００５６】
上述したような差動動作での線形応答領域を広くするためには、磁化Ｍａ２と磁化Ｍａ３のセンス電流による回転角度を、トラック幅方向（図中、ｙ方向）からそれぞれ約 ＋４５°および約 −４５°に設定することが望ましい。この角度設定は、センス電流値や各層２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５の厚さや抵抗率等を適切に選定することで達成できる。
【００５７】
このように、上記第２の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、従来のＡＭＲエレメントを用いた差動動作型ＭＲヘッドとは異なり、第１および第２のＧＭＲユニット２７ａ、２７ｂにおける磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、差動動作型ＭＲヘッド２１においては、 ２つのＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂの間隔で、磁気記録媒体９の磁化遷移領域に応じた長さにギャップを規定することができる。 ここで、上記構成の差動動作型ＭＲヘッド２１では、スピン依存散乱能力を低下させることなく、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１を信号磁界で変化させないようにすることが、差動動作により安定した高Ｓ／Ｎ比の信号検出を行う上で重要である。低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１は、以下に示す （ａ）〜 （ｃ）の構成の少なくとも １つを採用することで安定させることができる。
【００５８】
（ａ） ＧＭＲ素子部２６を構成する各層２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５は、デプス（図中、ｚ方向の幅）を媒体対向面からの研磨により最終的に調整する。そこで、第１および第２のＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂのそれぞれの外側に、研磨に対して削れ難い高硬度の軟磁性膜を配置する。このような構成にすると、少なくとも低透磁率強磁性層２５は媒体対向面から後退する。これにより、低透磁率強磁性層２５に加わる信号磁界強度は弱まるので、低透磁率強磁性層２５の磁化Ｍａ１の安定度が増加する。このような構成を採用する場合には、上述したように低透磁率強磁性層２５にスピン依存散乱能力に優れた強磁性材料を用いる。上記高硬度の軟磁性膜としては、Ｆｅ系やＣｏ系の窒化膜、Ｃｏ系非晶質膜等が例示され、その厚さは １〜５０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００５９】
このとき、媒体近傍に比べると多少は弱まるものの、上記高硬度軟磁性膜により必要な信号磁界をＧＭＲ素子部２６まで引き込むことができるので、低透磁率強磁性層２５の後退による感度低下は僅かである。ただし、高硬度軟磁性膜の抵抗が低いと、そこにセンス電流が流れるので、抵抗変化率が低下するおそれがある。従って、高硬度軟磁性膜にはＧＭＲ強磁性層２３ａ、２３ｂより高抵抗率の膜を用いることが好ましい。
【００６０】
上述した低透磁率強磁性層２５の媒体対向面からの後退は、低透磁率強磁性層２５を選択的にエッチングすることによっても達成できる。このエッチングには、いわゆるＣＤＥ等のドライエッチングを利用することができる。
【００６１】
（ｂ） 一般に、高保磁力膜や大きな磁気異方性を有する強磁性膜は、スピン依存散乱能力が必ずしも十分ではない場合が多い。そこで、低透磁率強磁性層２５と第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂとのそれぞれの界面に、スピン依存散乱能力に優れた強磁性膜を挿入する。このような構成とすることにより、スピン依存散乱能力を弱めることなく、低透磁率強磁性層２５の保磁力や磁気異方性を増大させることができる。従って、高抵抗変化率を維持した上で、低透磁率強磁性層２５の磁化が信号磁界で動くことが抑制できる。具体的には、例えば低透磁率強磁性層２５をスピン依存散乱能力がさほど強くない厚さ２０ｎｍ程度のＣｏＮｉＴａ合金膜、ＣｏＰｔＣｒ合金膜等の硬質強磁性膜により構成し、このような低透磁率強磁性層２５と第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層２４ａ、２４ｂとのそれぞれの界面に特にスピン依存散乱能力に優れた厚さ １．５〜 ５ｎｍ程度のＣｏ膜を配置する。
【００６２】
（ｃ） 低透磁率強磁性層２５を、強磁性膜と非磁性膜とを交互に積層し、非磁性膜を介して近接する強磁性膜間に反強磁性的な結合を生じさせた人工格子膜により構成する。上記人工格子膜は、飽和磁界以上となるように反強磁性結合の大きさを制御することが望ましい。具体的な構成としては、厚さ ０．５〜 ５ｎｍ程度のＣｏ膜と厚さ ０．５〜 ５ｎｍ程度のＣｕ膜やＲｕ膜との交互積層膜が挙げられる。このような構成によっても、信号磁界に対する低透磁率強磁性層２５の磁化方向の安定性を高めることができる。
【００６３】
上述したような構成（ａ） 〜（ｃ） を採用することによって、より一層安定した差動動作による高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施例について図８を参照して説明する。
【００６５】
図８に示す差動動作型ＭＲヘッド３１においては、基板３２上に信号磁界で磁化が回転する第１のＧＭＲ強磁性層３３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層３４ａ、信号磁界では磁化方向が実質的に変化しない第１の低透磁率強磁性層３５ａ、両隣の強磁性層３５ａ、３５ｂ間の強磁性的な磁気結合を弱める分離用非磁性中間層３６、第２の低透磁率強磁性層３５ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ｂ、および第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂが順に積層形成されており、これらの積層構造によりＧＭＲ素子部３７が構成されている。
【００６６】
ここで、第１のＧＭＲ強磁性層３３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層３４ａおよび第１の低透磁率強磁性層３５ａは、第１のＧＭＲユニット３８ａを構成しており、第２の低透磁率強磁性層３５ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ｂおよび第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂは、第２のＧＭＲユニット３８ｂを構成している。さらに、ＧＭＲ素子部３７の両端には、センス電流をトラック幅方向（図中、ｙ方向）に供給するための電極３９ａ、３９ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド３１が構成されている。
【００６７】
第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂ、第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ａ、３４ｂには、いずれも前述した第２の実施例と同様な材料および厚さが適用される。第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂについても同様に、第２の実施例における低透磁率強磁性層と同様な材料および膜厚が適用される。
【００６８】
分離用非磁性中間層３６は、第１および第２のＧＭＲ非磁性中間層３４ａ、３４ｂと同様なスピン依存散乱に適した非磁性膜がスピン情報を分断せずに大きな抵抗変化率を得る上で好ましいが、必ずしもスピン依存散乱に適した低抵抗である必要はなく、また第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂ間の強磁性的な磁気結合を大幅に弱めるような非磁性膜を用いることが望ましい。従って、強磁性層３５ａ、３５ｂ間の強磁性的な結合を弱めることを重視するなら、例えば分離用非磁性中間層３６を ＳｉＯ２ 膜やＡｌ２ Ｏ ３ 膜等の非磁性絶縁膜で構成することも可能であり、ギャップ長を適正化する上で分離用非磁性中間層３６の層厚を厚くすることが望まれる場合、これによりセンス電流の分離用非磁性中間層３６への分流による抵抗変化率の低下を防ぐことができる。また、分離用非磁性中間層３６は低透磁率強磁性層３５ｂの下地となるため、低透磁率強磁性層３５ｂの高保磁力化や高い一軸磁気異方性の付与に適したＣｒ膜やＴａ膜等の非磁性金属膜を用いてもよい。分離用非磁性中間層３６の厚さは、選択した材質等によって適宜設定すればよく、ギャップ長の適正化のために例えば ０．５〜 １００ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００６９】
上記した差動動作型ＭＲヘッド３１において、高記録密度がそれほど必要ない場合には、ギャップ長を大きくしたほうがＧＭＲ素子部３７全体に信号磁界が及ぶので、再生感度が向上するという利点がある。ただし、分離用非磁性中間層３６の抵抗率が低いと、そこにセンス電流が流れやすくなり、一方では再生感度が低下する問題が発生する。このため、分離用非磁性中間層３６の厚さを厚くする場合には、抵抗率の高い材料で分離用非磁性中間層３６を形成することが望ましい。
【００７０】
図９に示すように、第１の低透磁率強磁性層３５ａの磁化Ｍｂ１は、媒体対向面に対して垂直方向（図中、プラスｚ方向）に着磁されている。一方、第２の低透磁率強磁性層３５ｂの磁化Ｍｂ２は、第１の低透磁率強磁性層３５ａとは １８０°異なる方向（図中、マイナスｚ方向）に着磁されている。このような １８０°方向が異なる着磁は、以下のようにして実現できる。
【００７１】
まず、成膜条件を変化させたり、異なる膜上に成膜する等によって、 ２つの低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂの保磁力Ｈｃ１、Ｈｃ２を異ならせる。なおこの実施例では、非磁性層３４ａ上に形成された低透磁率強磁性層３５ａでは高保磁力が得られにくいため、Ｈｃ１＜Ｈｃ２となっている。そして、保磁力Ｈｃ２よりも大きな磁界を加えて着磁し、磁界を零に戻した後に、逆方向にＨｃ１とＨｃ２の中間の磁界を加えて着磁する。特に上述したように分離用非磁性中間層３６として、第２の低透磁率強磁性層３５ｂの高保磁力化や高い一軸磁気異方性の付与に適したＣｒ膜やＴａ膜等を使用することによって、ＧＭＲ非磁性中間層３４ａ上の第１の低透磁率強磁性層３５ａに比べて、第２の低透磁率強磁性層３５ｂの保磁力を容易に大きくすることができる。
【００７２】
このように、第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂを着磁すると、それぞれの着磁方向を強める方向に静磁結合磁界が発生するので、より信号磁界に対する安定性が向上するという利点がある。さらに、第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂをプラスｚ方向およびマイナスｚ方向に着磁した場合には、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの磁化Ｍｂ３、Ｍｂ４が信号磁界に応じてトラック幅方向からプラスｚ方向またはマイナスｚ方向に回転し、この回転に応じて抵抗が図１０に示すように線形に変化する。図１０において、Ｈｓ ＋ はプラスｚ方向に磁化が向く磁界を、Ｈｓ − はマイナスｚ方向に磁化が向く磁界を示す。
【００７３】
従って、センス電流による磁界で概ね±４５°方向に第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの磁化Ｍｂ３、Ｍｂ４を回転させなくても、線形な抵抗変化が得られ、歪みの少ない高Ｓ／Ｎ比の信号検出が可能となる。換言すれば、広い線形応答範囲を得るためには、形状磁気異方性や磁界中成膜等により形成される誘導磁気異方性等を利用して、さらに必要に応じて図２ないし図５に示される差動動作型ＭＲヘッドと同様にバイアス膜を設置する等して、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの磁化Ｍｂ３、Ｍｂ４を媒体からの信号磁界が零の状態で概ねトラック幅方向（図中、ｙ方向）に向けることが好ましい。
【００７４】
上述した構成によると、図１０から明らかなように、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂに同方向、例えばプラスｚ方向の信号磁界が加わると、第１のＧＭＲユニット３８ａでは第１のＧＭＲ強磁性層３３ａと第１の低透磁率強磁性層３５ａの磁化が強磁性的に配列するため、抵抗が減少する。一方、第２のＧＭＲユニット３８ｂでは、逆に第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂと第２の低透磁率強磁性層３５ｂの磁化が反強磁性的に配列するため、抵抗が増大する。従って、 ２つのＧＭＲユニット３８ａ、３８ｂによる抵抗変化は相殺し、ＧＭＲ素子部３７全体としては抵抗が変化しない。
【００７５】
一方、第１および第２のＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂに逆方向、例えば第１のＧＭＲ強磁性層３３ａにプラスｚ方向、第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂにマイナスｚ方向の信号磁界が加わると、第１のＧＭＲユニット３８ａでは第１のＧＭＲ強磁性層３３ａと第１の低透磁率強磁性層３５ａの磁化が強磁性的に配列して抵抗が減少する。また、第２のＧＭＲユニット３８ｂでも、第２のＧＭＲ強磁性層３３ｂと第２の低透磁率強磁性層３５ｂの磁化が強磁性的に配列して抵抗が減少する。これらにより、ＧＭＲ素子部３７全体としての抵抗が大きく変化するため、差動動作型の磁界検出が可能になる。
【００７６】
このように、上記第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド３１は、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、前述した第２の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１と同様に、第１および第２のＧＭＲユニット３８ａ、３８ｂにおける磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、差動動作型ＭＲヘッド３１においては、 ２つのＧＭＲ強磁性層３３ａ、３３ｂの間隔を例えば分離用非磁性中間層３６の厚さで任意に調節できるため、線記録密度に応じた適切なギャップ長を設定することができる。
【００７７】
また、上記構成の差動動作型ＭＲヘッド３１においても、前述した第２の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１と同様に、スピン依存散乱能力を低下させることなく、第１および第２の低透磁率強磁性層３５ａ、３５ｂの磁化Ｍｂ１、Ｍｂ２を信号磁界で変化させないように、前述した （ａ）〜 （ｃ）の構成の少なくとも １つを採用することが好ましい。具体的な構成は前述した通りである。
【００７８】
なお、前述した第２および第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド２１、３１は、ＧＭＲ強磁性層のそれぞれ外側に、第１の実施例と同様に信号磁界検出用強磁性層を配置した構成としてもよい。
【００７９】
次に、本発明の第４の実施例について図１１を参照して説明する。
【００８０】
図１１に示す差動動作型ＭＲヘッド４１においては、基板４２上に第１の低透磁率強磁性層４３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層４４、第１のＧＭＲ強磁性層４５ａ、分離用非磁性中間層４６、第２の低透磁率強磁性層４３ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層４４ｂ、および第２のＧＭＲ強磁性層４５ｂが順に積層形成されており、これらの積層構造によりＧＭＲ素子部４７が構成されている。
【００８１】
ここで、第１の低透磁率強磁性層４３ａ、第１のＧＭＲ非磁性中間層４４ａおよび第１のＧＭＲ強磁性層４５ａは、第１のスピンバルブユニット４８ａを構成しており、第２の低透磁率強磁性層４３ｂ、第２のＧＭＲ非磁性中間層４４ｂおよび第２のＧＭＲ強磁性層４５ｂは、第２のスピンバルブユニット４８ｂを構成している。さらに、ＧＭＲ素子部４７の両端には、センス電流をトラック幅方向（図中、ｙ方向）に供給するための電極４９ａ、４９ｂが形成されており、これらにより差動動作型ＭＲヘッド４１が構成されている。
【００８２】
ＧＭＲ素子部４７を構成する各層の材料および厚さ等は、前述した第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド３１と同様である。また、第１の低透磁率強磁性層４３ａの保磁力や一軸磁気異方性を増大させるために、基板４２と第１の低透磁率強磁性層４３ａの中間にＣｒやＴａ等からなる非磁性膜を挿入してもよい。
【００８３】
この差動動作型ＭＲヘッド４１では、図１２に示すように、第３の実施例の差動動作型ＭＲヘッド３１と同様に第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの磁化Ｍｃ１、Ｍｃ２をプラスｚ方向およびマイナスｚ方向に着磁することによって、第３の実施例と同様な差動動作型の磁界検出が実現できる。この構成によると、第１の低透磁率強磁性層４３ａの下地膜、および第２の低透磁率強磁性層４３ｂの下地となる分離用非磁性中間層４６として、第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの保磁力や一軸磁気異方性を高めるのに適したＣｒ膜等を用いることができる。その結果、第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの磁化が媒体磁界に対して安定となるという利点を有する。第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂ間に静磁結合磁界が発生して、より信号磁界に対する安定性が向上する点も、第３の実施例と同様である。また、第１および第２の低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの着磁方向を １８０°異ならせるには、例えば第３の実施例と同様に、これら低透磁率強磁性層４３ａ、４３ｂの成膜条件を変化させるか、異なる下地膜上に形成すればよい。
【００８４】
次に、本発明の第５の実施例について図１３を参照して説明する。
【００８５】
図１３に示す差動動作型ＭＲヘッド５１では、基板５２上に第１の信号磁界検出用強磁性層５３ａ、中間層としてのグラニュラー型強磁性中間層５４、第２の信号磁界検出用磁性層５３ｂが順に積層形成されて差動動作型ＭＲエレメント５５が構成されている。さらに、差動動作型ＭＲエレメント５５の両端には、センス電流を供給するための電極５６ａ、５６ｂが形成されている。
【００８６】
上記グラニュラー型強磁性中間層５４は、磁性領域５４ａと非磁性領域５４ｂとに相分離したものである。磁性領域５４ａで磁化が同方向に配列した成分が多い場合には抵抗は低く、反平行成分が増大すると抵抗が増大する。従って、この差動動作型ＭＲヘッド５１においては、グラニュラー型強磁性中間層５４がＧＭＲ素子部として機能する。ここで、グラニュラー型強磁性中間層５４は、例えば厚さが３０ｎｍ程度で、磁性領域５４ａがＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等を主成分とする磁性体からなると共に、非磁性領域５４ｂがＣｕ、Ａｕ、Ａｇおよびその合金等の非磁性体からなるものである。
【００８７】
グラニュラー型強磁性中間層５４は、強磁界で着磁させるか、あるいは図２ないし図５と同様にバイアス膜を配置して、信号磁界が零の状態で磁性領域５４ａの磁化を略同一方向に配列させることが好ましい。その結果、グラニュラー型強磁性中間層５４が実質的なギャップに相当することになり、１０〜 １００ｎｍ程度の適切な長さのギャップを形成することが可能となる。
【００８８】
そして、磁気記録媒体９の磁化遷移領域から離れたところに、ギャップとなるグラニュラー型強磁性中間層５４が位置して同方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層５３ａ、５３ｂに印加された場合には、これらの磁化は互いに同方向に回転するため、グラニュラー型強磁性中間層５４内の磁性領域５４ａにおける磁化も同方向に回転して、結局磁化の成す角度は変化しない。従って、グラニュラー型強磁性中間層５４で実質的な抵抗変化は生じない。一方、磁気記録媒体９の磁化遷移領域の直上にギャップとなるグラニュラー型強磁性中間層５４が存在し、互いに逆方向の信号磁界が第１および第２の信号磁界検出用強磁性層５３ａ、５３ｂに印加された場合には、これらの磁化は強磁性層５３ａ、５３ｂの界面近傍で互いに反対方向に回転するため、グラニュラー型強磁性中間層５４内の磁性領域５４ａにおける磁化についても反平行的成分が増大する。その結果、グラニュラー型強磁性中間層５４の抵抗が増大して記録情報が検出される。
【００８９】
このように、この第５の実施例の差動動作型ＭＲヘッド５１は、前述した各実施例と同様に、磁気記録媒体９の磁化遷移領域で差動動作型の出力応答を示す再生ヘッドとして動作する。そして、グラニュラー型強磁性中間層５４内の磁性領域５４ａにおける磁化の成す角度に応じて変化する抵抗を利用して差動動作させているため、従来のＡＭＲエレメントでは不可能であった高感度で高Ｓ／Ｎ比の再生が実現できる。さらに、上述したようにグラニュラー型強磁性中間層５４の厚さで適切なギャップ長を設定することで、著しく線記録密度の高い、例えば ０．１μｍ 以下の再生を高感度に実現することが可能となる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の差動動作型ＭＲヘッドによれば、差動動作型の出力応答を安定して得ることができ、高記録密度の再生を高感度および高Ｓ／Ｎ比で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加した変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加した他の変形例を示す断面図である。
【図４】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加したさらに他の変形例を示す断面図である。
【図５】図１に示す差動動作型ＭＲヘッドにバイアス膜を付加したさらに他の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図７】図６に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界零における磁化状態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界零における磁化状態を示す図である。
【図１０】図８に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界による抵抗変化を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す差動動作型ＭＲヘッドの信号磁界零における磁化状態を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施例による差動動作型ＭＲヘッドの要部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１……差動動作型ＭＲヘッド
３、５３……信号磁界検出用強磁性層
４、２３、３３、４５……ＧＭＲ強磁性層
５、２４、３４、４４……ＧＭＲ非磁性中間層
７、２６、３７、４７……ＧＭＲ素子部
２５、３５、４３……低透磁率強磁性層
３６、４６……分離用非磁性中間層
５４……グラニュラー型強磁性中間層
Claims (3)
- 一対のスピン依存散乱能を有する強磁性層と、前記一対の強磁性層間に介在された非磁性中間層とを有し、信号磁界が零の状態で前記一対の強磁性層の磁化が同一方向を向くように、前記一対の強磁性層間に前記非磁性中間層を介して強磁性的な結合力が働いている積層構造を有し、前記一対の強磁性層に同方向の信号磁界が印加される場合には信号磁界が零の状態から抵抗が変化せず、前記一対の強磁性層に互いに逆方向の信号磁界が印加される場合に前記一対の強磁性層の磁化の成す角度が変化することに基いて信号磁界が零の状態から抵抗が変化する磁気抵抗効果素子部を具備する差動動作型の磁気抵抗効果ヘッドであって、
前記磁気抵抗効果素子部の前記一対の強磁性層の磁化の成す角度の変化による巨大磁気抵抗効果に基く抵抗変化を利用して信号磁界を検出することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
さらに前記一対の強磁性層の外側に配置された信号磁界検出用強磁性層を有することを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。 - 請求項２記載の磁気抵抗効果ヘッドにおいて、
前記一対の強磁性層は、前記信号磁界検出用強磁性層より媒体対向面から後退していることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
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