JP3859959B2 - スピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド - Google Patents
スピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー（Free）磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子および、このスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、特に、狭トラック化に対応して、出力の向上とスタビリティの向上とを図り、バルクハウゼンノイズ発生の低減等、素子の安定性を向上させ、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図３３は、従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
図３３に示すスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０００４】
図３３における従来のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、下から下地層１０６、反強磁性層１０１、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、および保護層１０７で構成された積層体１０９と、この積層体１０９の両側に形成された一対のハードバイアス層１０５，１０５と、このハードバイアス層１０５，１０５の上に形成された一対の電極層１０８，１０８とで構成されている。下地層１０６は、Ｔａ（タンタル）などからなり、反強磁性層１０１が、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などから形成されている。さらに、前記固定磁性層１０２およびフリー磁性層１０４は、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などから形成され、非磁性導電層１０３にはＣｕ（銅）膜が適応され、また、ハードバイアス層１０５，１０５が、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルトー白金）合金などで形成され、電極層１０８，１０８がＴａ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｗなどで形成されている。
【０００５】
前記固定磁性層１０２は、前記反強磁性層１０１に接して形成されることにより、前記固定磁性層１０２と反強磁性層１０１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層１０２の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
前記ハードバイアス層１０５，１０５が図示Ｘ１方向に磁化されていることで、これらハードバイアス層１０５，１０５によって挟まれたフリー磁性層１０４の変動磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１０４の変動磁化と前記固定磁性層１０２の固定磁化とが交差する関係となっている。
【０００６】
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層１０５の上に形成された電極層１０８から、固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、に検出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層１０４の磁化がＸ１方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、（これを磁気抵抗（ＭＲ）効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０００７】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層１０４の変動磁化が、このフリー磁性層１０４の両側のハードバイアス層１０５，１０５によりしっかりと固定されたタイプ（abutted junction type）とされており、フリー磁性層１０４の磁化の安定性が高い。
通常、フリー磁性層１０４は、その両側に形成されトラック幅方向に磁化されたハードバイアス層１０５の影響を受けて、前記フリー磁性層１０４の磁化がトラック幅方向に揃えられる。しかし、前記ハードバイアス層１０５の影響は、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど、すなわち前記ハードバイアス層１０５から距離的に離れるほど小さくなる。
【０００８】
図３４，図３５は、図３３に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
ここで、スピンバルブ型薄膜素子の再生出力は、再生トラック幅方向（図３３に示すＸ１方向）にある分布を有しており、積層体１０９の中央部分が、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する程度に再生出力の高い感度領域１０９ａであり、再生トラック幅Ｔｗに対応している。そして、積層体１０９における感度領域１０９ａの両側に位置する部分は、図３４に示すように、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与しない程度に再生出力の低い不感領域１０９ｂ，１０９ｂとなっている。
この積層体に占める感度領域１０９ａおよび不感領域１０９ｂは、後述するマイクロトラックプロファイル法によって測定される。
【０００９】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、その出力のインスタビリティが小さいほうが好ましい。
そして、メディアへの磁気記録に際して、記録密度の向上への要求が存在し、これに伴って、スピンバルブ型薄膜素子では、検出トラック幅が１μｍ以下、さらに０．５μｍ程度以下、特に０．４μｍ以下への狭トラック化と、同時に出力の低下防止という強い要求があった。
【００１０】
しかし、このタイプ（abutted junction type ）のようなスピンバルブ型薄膜素子において、トラック幅を狭く設定した場合には、再生出力そのものが低下してしまうという問題があった。
というのも、上記のようなトラック幅方向の再生出力分布は、感度領域１０９ａに対応するフリー磁性層１０４中央部分の感度領域１０４ａに比べて、ハードバイアス層１０５に近い部分の不感領域１０４ｂの方が、ハードバイアス層１０５，１０５に近い分だけ、このハードバイアス層１０５からの磁界が強く、その分フリー磁性層１０４の変動磁化に対する固定が強固に固定されていることに起因する。つまり、前記ハードバイアス層１０５の影響が、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど、すなわち前記ハードバイアス層１０５から距離的に離れるほど小さくなるため、不感領域１０４ｂ，１０４ｂができると考えられる。
ここで、不感領域１０４ｂ，１０４ｂは、あくまで、ハードバイアス層１０５からの磁界によってフリー磁性層１０４の変動磁化の回転が鈍くなっている部分を指すものであり、物理的トラック幅と光学トラック幅寸法との差とは異なるものである。
このため、不感領域１０４ｂのトラック幅方向長さ寸法は、スピンバルブ型薄膜素子のトラック幅方向寸法に依存しないため、狭トラック化を図って積層体１０９全体のトラック幅寸法を小さく設定した場合にも、不感領域１０４ｂ，１０４ｂのトラック幅方向寸法は変化せず、狭くならない。
【００１１】
したがって、狭トラック化を図りトラック幅寸法を狭く設定した場合には、結果的に、あたかも感度領域１０４ａが減少したようになり、両脇の不感領域１０４ｂ，１０４ｂに対応する再出力分布曲線がトラック幅方向中心に移動してしまう。
特に、一層の狭トラック化を図り、再生トラック幅寸法を０．４μｍ以下程度に設定した場合には、あたかも感度領域１０４ａが無くなってトラック幅方向全体が、不感領域１０４ｂになったようになり、図３５に示すように、スピンバルブ型薄膜素子全体としての再生出力つまり再生出力の最大値そのものが減少してしまうという問題があった。
【００１２】
一方、金属膜の多層構造であるスピンバルブ型薄膜素子は、その上下、およびハイト奥側の側面が、絶縁膜（ギャップ膜）により覆われ、前記ハイト側の逆側（すなわちＡＢＳ面側；正面側）の面が外部に露出した構造となっており、前記スピンバルブ型薄膜素子におけるフリー磁性層の中央付近には、ハイト方向に引っ張り応力が働いている。
【００１３】
したがって、再生トラック幅寸法を１μｍ程度以上程度に設定した場合には、前述したように、前記ハードバイアス層１０５の影響が、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど小さくなるため、特に、フリー磁性層１０４の中央付近では、前記フリー磁性層１０４に加わる応力と磁歪とで求めることができる逆磁歪効果による一軸義気異方性磁界の影響が、大きくなっている。
前述したように、フリー磁性層１０４の中央部付近には、ハイト方向に引っ張り応力が働いているため、前記フリー磁性層１０４の磁歪が正の値で、しかもその値が大きくなるほど、逆磁歪効果によるハイト方向への磁化回転容易性は大きくなり、ハイト方向が磁化容易軸方向となってしまう。このような状態であると、フリー磁性層の中央付近における磁化は、ハイト方向に向きやすく、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなるといった問題が起こる。
【００１４】
言い換えると、フリー磁性層１０４に磁歪が発生していると、磁気履歴ヒステリシスが発生する可能性があり、図３６に示すように、フリー磁性層１０４内に、あたかも、磁壁１０４ｃ，１０４ｃができたように、単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生しやすくなるという可能性があった。
例えば、ヒステリシスが発生した場合には、図３７に示すヒステリシスのない場合の再生波形に対して、図３８に示すように、ベースラインシフト（Baseline shift )が出て、再生波形がシンメトリー（対称形）にならない。ここで、図３７、図３８は、スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
したがって、スピンバルブ型薄膜素子において、磁歪によって生じる影響を低減しようとしていた。
【００１５】
さらに、根本的に、スピンバルブ型薄膜素子におけ狭トラック化を図るとともに、より一層の出力特性の向上、および、感度の向上を図りたいという要求が存在していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼ スピンバルブ型薄膜素子において狭トラック化に対応し出力特性の向上を図ること。
▲２▼ 再生波形の安定性（stability）の向上を図ること。
▲３▼ 磁歪のコントロールを図ること。
▲４▼ 上記のようなスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供すること。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有し、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されるとともに、
前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定されてなることにより上記課題を解決した。
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ａ1 （０．４，６），点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３），点Ｖ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ａ2 （０．４，６），点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６），点Ｖ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。本発明の前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることが好ましい。
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることができる。
本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされていてもよい。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、上述のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことにより上記課題を解決することができる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０ −６ ）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ １ （０．１８，２０），点Ｈ １ （０．１７，２０），点Ｉ １ （０．１５，２０），点Ｊ １ （０．１３，２０），点Ｋ １ （０．１，２０），点Ｌ １ （０．１，９），点Ｍ １ （０．１３，５），点Ｎ １ （０．１５，３．５），点Ｏ １ （０．１７，２），点Ｐ １ （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、 １０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることにより上記課題を解決した。
特に本発明において、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０ −６ ）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ ２ （０．２，１３．５），点Ｈ ２ （０．１７，１６），点Ｉ ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ ２ （０．１３，２０），点Ｋ ２ （０．１，２０），点Ｌ ２ （０．１，９），点Ｍ ２ （０．１３，５），点Ｎ ２ （０．１５，３．５），点Ｏ ２ （０．１７，２），点Ｐ ２ （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、 １０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることにより上記課題を解決した。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ１ （０．１７，２０），点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５），点Ｏ１ （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに、本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ２ （０．１７，１６），点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５），点Ｏ２ （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
本発明の前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることが好ましい。
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることができる。
本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされていてもよい。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、上述のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことにより上記課題を解決することができる。
【００１９】
図３９に示すように、磁気抵抗効果を発揮する積層体と、その両側に形成されたハードバイアス層と、このハードバイアス層上に形成された電極層とを有し、かつ、磁歪の影響を無視し得る、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を基板上に形成する。
次に、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡によって、積層体の上面の幅寸法Ａを測定する。この幅寸法Ａは光学的方法によって測定されたトラック幅Ｔｗ（以下、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗという）として定義され、１μｍ程度に設定される。
【００２０】
そして、磁気記録媒体上に、微小トラックとして、所定の信号を記録しておき、スピンバルブ型薄膜磁気素子を、この微小トラック上でトラック幅方向に走査させることにより、積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定する。あるいは、微小トラックが形成された磁気記録媒体側を、スピンバルブ型薄膜磁気素子上にトラック幅方向に走査させて積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定してもよい。その測定結果の一例が、図３９の下側に示されている。
【００２１】
この測定結果によると、積層体の中央付近では、再生出力が高くなり、前記積層体の側部付近では、再生出力が低くなることがわかる。この結果から、積層体の中央付近では、良好に磁気抵抗効果が発揮され、再生機能に関与するが、その両側部付近においては、磁気抵抗効果が悪化して再生出力が低く、再生機能が低下している。
【００２２】
通常、図３９に示すように、積層体上面におけるトラック幅寸法Ａのうち、最大再生出力に対して５０％以上の再生出力が発生する積層体上面の幅寸法Ｂで形成された領域を感度領域と定義し、最大再生出力に対して５０％以下の再生出力しか発生しない積層体上面の幅寸法Ｃを有して形成された領域を不感領域として定義する。ここで、不感領域は、ハードバイアス層からの磁界によってフリー磁性層の変動磁化の回転が鈍くなっている部分であり、物理的トラック幅と光学トラック幅寸法との差とは異なるものである。
【００２３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層とが積層されて積層体を形成し、この積層体のトラック幅方向両側位置に、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有し、前記積層体上面において後述するマイクロトラッププロファイル法により定義された磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されるとともに、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定されてなることにより、狭トラック化によって低下するスピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力を向上することができる。
ここで、トラック幅方向とは、薄膜磁気ヘッドとして形成されて場合における媒体対向面（ＡＢＳ面）と平行でかつ積層体における各層の膜面内方向と平行な方向を意味しており、素子高さ方向とは、前記媒体対向面と直交する方向を意味している。
【００２４】
スピンバルブ型薄膜素子において、トラック幅が１μｍ程度に設定された場合に比べて、トラック幅が０．４μｍ以下に設定されている場合には、このままでは、前述したようにスピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力が低下するが、本発明では、逆磁歪効果により再生出力の向上を図る。
【００２５】
次に、磁歪と、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力との関係について説明する。
【００２６】
一般的に、平面的に成膜された膜にかかっている応力というのは、その膜面内方向でほぼ等方的な状態になっている。しかし、例えばフリー磁性層に対するＡＢＳ面のように、一部を切断することにより一部が開放された膜においては、膜面内における応力分布が異方的になってしまう。例えば、この場合、フリー磁性層内には、素子高さ方向（ストライプハイト方向）に引張応力が異方的にはたらくことになる。
ここで、磁性体、いまの場合フリー磁性層の磁歪がゼロの場合には、フリー磁性層を磁化したときにも磁歪が起こることはない。したがって、フリー磁性層の磁歪によって誘導される磁気異方性は等方的になっている。
しかし、磁歪をプラス、つまり磁化した方向に伸びる状態に設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出することになる。つまり、この引張応力の作用するフリー磁性層においては、前記引張応力の方向を磁化容易軸とすることができる。
したがって、フリー磁性層の磁化変化状態はハードバイアス層からの磁界によりトラック幅方向に固定されているが、素子高さ方向の磁気異方性を有することにより、そのハードバイアスの磁界に反して（打ち勝って）、割と磁化容易軸方向、つまり素子高さ方向に回転しやすくなる。
その結果、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層の変動磁化方向が、固定磁性層の固定磁化方向に対して回転することにより発現する磁気抵抗効果による抵抗変化がおこりやすくなるため、再生出力の増大を見込むことができる。
【００２７】
一方、スピンバルブ型薄膜素子において、上記のようにトラック幅が０．４μｍ以下に設定されている場合には、ハードバイアス層の影響を受けて前記フリー磁性層の磁化がトラック幅方向に揃えられる際に、フリー磁性層には、前述した感度領域の生じるほど前記ハードバイアス層から距離的に離れている部分がないため、トラック幅が０．４μｍより広い場合に比較してトラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。
従って、上記のように磁歪λｓを設定することにより、トラック幅方向において、フリー磁性層の変動磁化の回転容易性が大きな分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることをトラック幅が広い場合に比較して防止することができる。
このため、フリー磁性層には、トラック幅方向において、感度のばらつく領域が形成されることがなく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００２８】
本発明においては、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以上に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができる可能性があるとともに、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6より小さく設定されると、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。また、磁歪λｓが２．０×１０-5以上に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下するため好ましくない。
【００２９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 （０．４，６），点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３），点Ｖ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図１において点Ａ1 ，点Ｖ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ａ1 ，点Ｂ1 ，点Ｃ1 ，点Ｄ1 ，点Ｅ1 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
▲３▼前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｅ1 ，点Ｆ1 ，点Ｇ1 ，点Ｈ1 ，点Ｉ1 ，点Ｊ1 ，点Ｋ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲３▼磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｌ1 ，点Ｍ1 ，点Ｎ1 ，点Ｏ1 ，点Ｐ1 ，点Ｑ1 ，点Ｒ1 ，点Ｓ1 ，点Ｔ1 ，点Ｕ1 ，点Ｖ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
なお、トラック幅が０．１μｍ未満の場合については、磁歪をプラズに大きくしても出力が得られにくく、ハードバイアスによりフリー磁性層の磁化を固定するいわゆるハードバイアス方式そのものが適用される可能性が低いため、本発明からは除外している。
【００３０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 （０．４，６），点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６），点Ｖ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図２において点Ａ2 ，点Ｖ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ａ2 ，点Ｂ2 ，点Ｃ2 ，点Ｄ2 ，点Ｅ2 ，点Ｆ2 ，点Ｇ2 ，点Ｈ2 ，点Ｉ2 ，点Ｊ2 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、点Ａ2 ないし点Ｊ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層の残留磁化×膜厚積は少なくてよいため、磁気的再生トラック幅の制御の上でより好ましい。
▲３▼前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｊ2 ，点Ｋ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するするため好ましくない。
▲４▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｌ12 ，点Ｍ2 ，点Ｎ2 ，点Ｏ2 ，点Ｐ2 ，点Ｑ2 ，点Ｒ2 ，点Ｓ2 ，点Ｔ2 ，点Ｕ2 ，点Ｖ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、点Ｅ2 ないし点Ｖ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を再生波形の不安定性をより確実に防止するのに必要とされる以下に小さくしなくてよいため、より好ましい。
【００３１】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３２】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３３】
本発明において、前記再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３４】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３５】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３６】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３７】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、
この範囲であると、特に、０．１９μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３８】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１８μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４１】
本発明において、前記磁気再生ラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４２】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４３】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４４】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４５】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４６】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４７】
さらに、本発明の前記フリー磁性層においては、そのトラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定され、前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法が０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されてなることができ、これにより、横長の形状による形状磁気異方性によって素子高さ方向における磁区の単一性を向上して、不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。
【００４８】
前記基板上には、前記各層が、基板側から、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層された、いわゆるボトムタイプのシングルスピンバルブ型とされてなることができ、また、前記基板上には、前記各層が、基板側から、少なくとも前記フリー磁性層、前記非磁性導電層、前記固定磁性層、前記反強磁性層の順に積層された、いわゆるトップタイプのシングルスピンバルブ型とされてなること、また、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが積層された、いわゆる、デュアルスピンバルブ型とされてなることができる。また、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることや、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなることができる。
フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に互いの磁化を反平行に向けるように作用する交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、磁気的な膜厚が減少するので外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに分断された固定磁性層どうしの間に互いの磁化を反平行に向けるように作用する交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、磁気的な安定性を向上することができる。
【００４９】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッドによって、前記課題を解決することができる。
【００５０】
なお、金属膜の多層構造であるスピンバルブ型薄膜素子は、その上下、およびハイト側の側面が例えばＡｌ2Ｏ3などの絶縁膜（ギャップ膜）により覆われ、前記ハイト側の逆側（すなわちＡＢＳ面側；正面側）の面が外部に露出した構造となっており、このギャップ膜、および、フリー磁性層の組成、成膜条件をコントロールすることにより、フリー磁性層にかかるハイト方向（素子高さ方向）の引っ張り応力をコントロールすることができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１９は、本発明の第１実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresitive ）素子の一種である。このスピンバルブ型薄膜素子は、後述するように、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダーのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図においてＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界方向はＹ方向である。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、２層の固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が形成されたボトム型（Bottom type ）とされ、さらに、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
【００５２】
図１９において、符号１１は、基板１０上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層１１の上には、固定磁性層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが形成されている。
この固定磁性層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、第１の固定磁性層１２Ａと、前記第１の固定磁性層１２Ａの上に非磁性中間層１２Ｂを介して形成され、前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層１２Ｃとからなる。
この第２の固定磁性層１２Ｃの上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層１３が形成され、さらに、前記非磁性導電層１３の上には、フリー磁性層１４が形成されている。前記フリー磁性層１４の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成され、この保護層の上側が、酸化タンタル（Ｔａ−Oxide ）からなる酸化層１５ａとされている。
図１９に示すように、これら反強磁性層１１の一部から酸化層１５ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体１６が構成されている。
【００５３】
また、符号１７，１７は、ハードバイアス層を、符号１８，１８は、電極層を示している。
これら、ハードバイアス層１７，１７は、積層体１６の両側位置に張り出している反強磁性層１１上にバイアス下地層１７ａを介して形成されている。このハードバイアス層１７，１７上には、ＴａまたはＣｒからなる中間層１９を介して電極層１８，１８が形成されている。
【００５４】
さらに詳細に説明すると、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１９に矢印Ｘ１で示す方向の寸法、つまりトラック幅方向の光学的寸法（磁気再生トラック幅方向寸法）Ｔｗが、０．４μｍ以下に設定されている。ここで、光学トラック幅寸法は、図１９に示すように、断面台形形状であるフリー磁性層１４の厚さ方向（Ｚ方向）の中間位置におけるＸ１方向の幅寸法として定義される。
前記反強磁性層１１は、積層体１９中央部分において、８０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【００５５】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層１１として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１１を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、６．４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層１１を得ることができる。
【００５６】
第１および第２の固定磁性層１２Ａ，１２Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、合計で４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層１２Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜１５オングストロームに設定され、第２の固定磁性層１２Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が１５〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層１２Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましく、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【００５７】
この第１の固定磁性層１２Ａは、反強磁性層１１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層１２Ａと反強磁性層１１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、図１９に示すように、前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１２Ｂを介して対向する第２の固定磁性層１２Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１２Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
【００５８】
本実施形態では、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくするために、第１の固定磁性層１２Ａと第２の固定磁性層１２Ｃとの膜厚比を適正な範囲内に収めるとともに、第１の固定磁性層１２Ａと第２の固定磁性層１２Ｃとの磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保ち、しかも、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。さらに熱処理中の磁場の大きさおよびその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層１２Ａおよび第２の固定磁性層１２Ｃの磁化方向を、所望の方向に制御する。
【００５９】
非磁性導電層１３は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜３０オングストロームに設定される。
【００６０】
図２０は、フリー磁性層１４に等しい階層で図１９におけるＸ１−Ｙ平面を示す断面図である。
図１，２は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
前記フリー磁性層１４は、通常、２０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、前記固定磁性層３と同様の材質などで形成され、ＮｉＦｅあるいはＣｏＦｅとＮｉＦｅとの積層膜からなることが好ましい。さらに、図１９に矢印Ｘ１で示す方向の寸法、つまり、トラック幅方向寸法（磁気再生トラック幅方向寸法）Ｔｗが、０．４μｍ以下に設定されている。
このフリー磁性層１４においては、磁歪λｓが、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定されてなることが好ましく、より好ましくは、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 （０．４，６），点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３），点Ｖ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定される。
【００６１】
ここで、本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記のようにトラック幅寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されているので、後述するようにハードバイアス層１７，１７の影響を受けて前記フリー磁性層１４の磁化がトラック幅方向に揃えられる際に、フリー磁性層１４には、前述したマイクロトラックプロファイル法により測定した場合における感度領域および不感領域の差が生じるほど前記ハードバイアス層１７，１７から距離的に離れている部分がないため、トラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。
同時に、上記のように磁歪λｓをプラス側、つまり磁化した方向に伸びる状態におおく設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出することになる。つまり、この引張応力の作用するフリー磁性層１４においては、前記引張応力の方向つまり、図１９，２０に示す矢印Ｙ方向とされる素子高さ方向（ハイト方向）を磁化容易軸とすることができる。このように磁歪λｓを設定した場合は、トラック幅方向寸法Ｔｗを０．４μｍ以下に設定することにより、トラック幅方向（Ｘ１方向）において、フリー磁性層１４の変動磁化の回転容易性が分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることを防止することができる。
このため、フリー磁性層１４には、トラック幅方向（Ｘ１方向）において、感度のばらつく領域が形成されることが少なく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００６２】
本実施形態において、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以上に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができる可能性があるため好ましくないとともに、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓが、―７．０×１０-6より小さく設定されると、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７，１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまうため好ましくない。また、磁歪λｓが２．０×１０-5以上に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下するため好ましくない。
【００６３】
さらに、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 〜点Ｖ1 で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図１において点Ａ1 ，点Ｖ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層１４内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ａ1 ，点Ｂ1 ，点Ｃ1 ，点Ｄ1 ，点Ｅ1 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
▲３▼前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｅ1 ，点Ｆ1 ，点Ｇ1 ，点Ｈ1 ，点Ｉ1 ，点Ｊ1 ，点Ｋ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲４▼磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｌ1 ，点Ｍ1 ，点Ｎ1 ，点Ｏ1 ，点Ｐ1 ，点Ｑ1 ，点Ｒ1 ，点Ｓ1 ，点Ｔ1 ，点Ｕ1 ，点Ｖ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
【００６４】
本実施形態においては、さらに、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 （０．４，６），点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６），点Ｖ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることがより好ましい。そして、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図２において点Ａ2 ，点Ｖ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層１４内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ａ2 ，点Ｂ2 ，点Ｃ2 ，点Ｄ2 ，点Ｅ2 ，点Ｆ2 ，点Ｇ2 ，点Ｈ2 ，点Ｉ2 ，点Ｊ2 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、点Ａ2 ないし点Ｊ2 の内側に設定されることにより、トラック幅Ｔｗが狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層１７の残留磁化×膜厚積は少なくてよいため、磁気的再生トラック幅の制御の上でより好ましい。
▲３▼前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｊ2 ，点Ｋ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するするため好ましくない。
▲４▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｌ12 ，点Ｍ2 ，点Ｎ2 ，点Ｏ2 ，点Ｐ2 ，点Ｑ2 ，点Ｒ2 ，点Ｓ2 ，点Ｔ2 ，点Ｕ2 ，点Ｖ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、点Ｅ2 ないし点Ｖ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化×膜厚積を、再生波形の不安定性をより確実に防止するために必要とされる以下に小さくしなくてよいため、より好ましい。
【００６５】
さらに、前記フリー磁性層１４においては、そのトラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１ないし３：２の比率に設定され、図２０に示すように、Ｙ方向の寸法、つまり前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法ＭＲｈが０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されてなることができ、これにより、横長の形状による形状磁気異方性によっって素子高さ方向における磁区の単一性を向上して、不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。
【００６６】
保護層１５は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層１５ａとされている。
バイアス下地層１７ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層１９は例えばＴａからなり、５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層１７ａおよび中間層１９により、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層１７，１７と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層１７，１７の磁気特性が劣化することを防止することができる。
【００６７】
前記ハードバイアス層１７，１７は、通常、２００〜７００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層１７，１７が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層１４の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１４の変動磁化と前記第２の固定磁性層１２Ｃの固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【００６８】
前記ハードバイアス層１７，１７は、前記フリー磁性層１４と同じ階層位置に配置され、前記フリー磁性層１４の膜厚方向に前記フリー磁性層１４の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、前記ハードバイアス層１７，１７の上面１７ｂ，１７ｂは、フリー磁性層１４の上面１４Ａよりも基板１０から離れた位置に（すなわち、図１では上側に）配置され、前記ハードバイアス層１７，１７の下面は、前記フリー磁性層１４の下面よりも基板１０側の位置に（すなわち、図１では下側に）配置されている。
【００６９】
電極層１８，１８が、ハードバイアス層１７，１７の上側に、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されて、積層体１６へセンス電流を与える。ここで、電極層１８，１８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層１９上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【００７０】
図１９，２０に示す構造のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１６にセンス電流が与えられる。ハードディスク等のメディア（磁気記録媒体）から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７１】
ここで、本実施形態においては、上記のように前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが設定されていることにより、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層１４の変動磁化方向が、逆磁歪効果により固定磁性層１２の固定磁化方向に対して回転しやすくなることにより発現する磁気抵抗効果による抵抗変化がおこりやすくなるため、再生出力の増大を見込むことができる。
同時に、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００７２】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、その上下方向（Ｚ方向）両側には、図３０，図３１において後述するように、それぞれ下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、および、上部シールド層２５７が、フリー磁性層１４の膜面内方向（Ｘ１−Ｙ面内方向）に形成されている。これら、下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７にかかっている応力は、ＡＢＳ面によって一部が開放されているため、膜面内における応力分布が異方的になっている。例えば、この場合、フリー磁性層１４において、素子高さ方向（ストライプハイト方向）に引張応力が異方的にはたらくように、これら、下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７にかかっている応力を所望の状態に設定する。
その結果、フリー磁性層１４内において、上記の範囲に磁歪を設定することが可能になる。
あるいは、フリー磁性層１４の組成や、成膜時のスパッタ条件等を制御して、上記の範囲に磁歪を設定することもできる。
【００７３】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２実施形態］
図２１は、本発明の第２実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、図１９，図２０に示した第１実施形態と異なるところは、バックド層Ｂ１を設けた点、および、フリー磁性層１４に関する点である。それ以外、第１実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
図２１において、符号Ｂ１は、バックド層である。
このバックド層Ｂ１は、図２１に示すように、前記フリー磁性層１４の上に設けられ、このバックド層Ｂ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
バックド層Ｂ１は、Ｃｕ等の金属材料や、非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｒｕ等からなる群から選択された材料から構成されることができ、例えばその膜厚が５〜２０オングストロームに設定される。
【００７５】
図３，４は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００７６】
さらに、本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付面図４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上でと、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００７７】
前記フリー磁性層１４のトラック幅方向の幅寸法と素子高さ方向寸法とが略１：１ないし３：２の比率に設定され、前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法が０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定される。
【００７８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１６にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７９】
ここで、バックド層Ｂ１によって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
ここで、上記のバックド層によって磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べる。
スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流を印加したときには、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピン（up spin ）とダウンスピン（down spin ）の２種類の伝導電子が確率的に等量存在する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程（mean free path）の行程差に対して正の相関を示す。
【００８０】
ダウンスピン電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で常に散乱され、フリー磁性層１４に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピン電子の平均自由行程に比べて短いままである。
一方、アップスピン電子については、外部磁界によってフリー磁性層１４の磁化方向が固定磁性層１２の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性導電層１３からフリー磁性層１４に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によってフリー磁性層１４の磁化方向が固定磁性層１２の磁化方向に対して平行状態から変化するに従って、非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で散乱される確率が増加し、アップスピン電子の平均自由行程が短くなる。
このように外部磁界の作用によって、アップスピン電子の平均自由行程がダウンスピン電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化することによって、抵抗率が変化し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）が大きくなる。
【００８１】
ここで、フリー磁性層１４にバックド層Ｂ１を接続すると、フリー磁性層１４中を移動するアップスピン電子がバックド層Ｂ１内にまで移動することが可能となり、バックド層Ｂ１の膜厚に比例してアップスピン電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００８２】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９，図２０に示す第１実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同等の効果を奏するとともに、バックド層Ｂ１が形成されているため、スピンフィルター効果により、特にフリー磁性層が薄い場合に磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００８３】
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【００８４】
なお、本実施形態のみならず本発明においては、図２２に示すように、固定磁性層１２を単層からなる構成とすることも可能である。この場合、固定磁性層１２の固定磁化は、反強磁性層１との交換結合によって、図２２に示すように、図示Ｙ方向と逆方向に固定することができる。
【００８５】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第３実施形態］
図２３は、本発明の第３実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、、図２１に示した第２実施形態と異なるところは、バックド層Ｂ１に替えて鏡面反射層Ｓ１を設けた点、および、フリー磁性層に関する点である。それ以外、第２実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８６】
図２３において、符号Ｓ１は、鏡面反射層である。
この鏡面反射層Ｓ１は、図２３に示すように、前記フリー磁性層１４の上に設けられ、この鏡面反射層Ｓ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
【００８７】
図５，６は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００８８】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００８９】
本実施形態において、鏡面反射層Ｓ１は、伝導電子の平均自由行程を鏡面反射効果により延長する平均自由行程延長層として形成され、後述するように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の伝導電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが可能となり、これにより、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
この鏡面反射層Ｓ１の厚さは、１０〜４００オングストロームの範囲に設定されることが好ましく、より好ましくは１０〜２００オングストロームの範囲に設定されることができる。この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、１０オングストロームよりも薄い値に設定されると、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として連続した一様な膜にならず、鏡面反射の効果が充分得られないため、好ましくない。
また、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、厚くなるに従い、反強磁性層１１と同様に、反強磁性膜として機能する可能性が増大してしまい、予期しない交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じてしまう可能性が生じる。このため、上記の値よりも厚い値に設定されると、好ましくない。同時に、薄膜磁気ヘッドとして構成した場合に、再生ギャップであるシールド間隔が広くなり過ぎ、ヘッドの分解能が低下するため好ましくないという問題が発生する。
【００９０】
このように設定することにより、鏡面反射層Ｓ１は、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層１４を移動してきたアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、後述するように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
【００９１】
ここで、伝導電子をスピンの状態を保存したまま反射させるために、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すなわち、フリー磁性層１４は良好な導電体であるのに対し、鏡面反射層Ｓ１は電気的に絶縁体であることが有効である。
【００９２】
この様な条件を満たす絶縁材料としては、酸化物が適用されることが好ましく、例えば、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜を採用することができる。このような酸化物絶縁材料によって、鏡面反射層Ｓ１を構成することができる。また、Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を採用することも可能で、同様な効果を得ることができる。
また、鏡面反射層Ｓ１としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合には、ハードバイアス層１７のかわりにフリー磁性層１４の磁化を図示Ｘ１方向に揃えて、バイアス層を兼ねることも可能となる。
【００９３】
ここで、フリー磁性層１４の前記非磁性導電層１３に接しない位置に鏡面反射層Ｓ１を積層すると、この鏡面反射層Ｓ１はフリー磁性層１４との界面においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層１４中を移動するアップスピンの伝導電子を、そのスピンの状態を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子を鏡面反射することが可能となり、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばすことができる。つまり、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）を発現させることが可能となり、スピンに依存した伝導電子における平均自由行程の行程差がさらに大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることができる。
【００９４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１に示す第２実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏するとともに、鏡面反射層Ｓ１が形成されているため、鏡面反射効果により磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００９５】
また、フリー磁性層１４の磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【００９６】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第４実施形態］
図２４は、本発明の第４実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、、図２１に示した第２実施形態と異なるところは、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２を設けた点、および、フリー磁性層に関する点である。それ以外、第２実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
図２４において、符号Ｓ１，Ｓ２は、鏡面反射層である。
この鏡面反射層Ｓ１は、図２４に示すように、前記バックド層Ｂ１のフリー磁性層１４と反対側の上側に鏡面反射層Ｓ１が設けられ、図２４に示す第３実施形態と同様に、この鏡面反射層Ｓ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
本実施形態においては、固定磁性層１２が多層膜からなる構造とされ、図２４に示すように、第２の固定磁性層１２Ｃが、鏡面反射層Ｓ２によってその膜厚方向（図２４における上下方向）に分断されて、三層からなる構造とされている。鏡面反射層Ｓ２の上下の固定磁性層１２Ｃ’，１２Ｃ”は、図１９に示す第１実施形態の固定磁性層１２Ｃと略同等の材質からなるものとされ、これら固定磁性層１２Ｃ’，固定磁性層１２Ｃ”の膜厚の合計が、図１９に示す第１実施形態の固定磁性層１２Ｃの磁気的膜厚と等しくなるよう設定されている。
【００９８】
鏡面反射層Ｓ２は、鏡面反射層Ｓ１と同様に、固定磁性層１２Ｃ”との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、非磁性導電層１３および固定磁性層１２Ｃ”を移動してきたアップスピンの伝導電子を、固定磁性層１２Ｃ”と鏡面反射層Ｓ２との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、前述したように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
また、鏡面反射層Ｓ２がフリー磁性層１４に対して磁気的相互作用が微小なため、フリー磁性層１４に対する磁気的影響を低減した状態で、鏡面反射層Ｓ１によって得られる鏡面反射効果と同等の鏡面反射効果を得ることができる。
【００９９】
図７，８は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１００】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ２ （０．２５，１０．５），点Ｅ２ （０．２３，１１），点Ｆ２ （０．２２，１２），点Ｇ２ （０．２，１３．５），点Ｈ２ （０．１７，１６），点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５），点Ｏ２ （０．１７，２），点Ｐ２ （０．２，１），点Ｑ２ （０．２２，０），点Ｒ２ （０．２３，−０．５），点Ｓ２ （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１０１】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２２に示す第１，第２実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏するとともに、さらに、鏡面反射層Ｓ２を設けたことにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１０２】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第５実施形態］
図２５は、本発明の第５実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が形成されたトップタイプ（Top type）とされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種である。
【０１０３】
図２５において、符号１は、基板Ｋ上に設けられた下地層である。この下地層１の上には、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７が積層され、これら、下地層１、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７は、断面略台形とされる積層体９を形成している。
この積層体９の両側には、バイアス下地層６Ａと、ハードバイアス層６Ｂと、中間層６Ｃとが積層され、中間層６Ｃには電極層８が積層されている。ハードバイアス層は、図において、Ｘ１方向に磁化されており、これにより、フリー磁性層の磁化方向が、Ｘ１方向に設定されている。
【０１０４】
さらに詳細に説明すると、前記反強磁性層２は、積層体９中央部分において、５０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【０１０５】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲の上限と下限は、以下、以上を意味する。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層２として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることができる。
これらの合金は、成膜したままでは不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数がａ軸とｃ軸とで同じ値）であるが、熱処理により、ＣｕＡｕＩタイプの規則系の面心正方構造（ｆｃｔ：ａ軸／ｃ軸≒０．９）に構造変態する。
【０１０６】
固定磁性層３は、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、１０〜５０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、固定磁性層３は、例えばＣｏからなりその膜厚が３０オングストロームに設定される。
この固定磁性層３は、反強磁性層２に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記固定磁性層３と反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図２５に示すように、前記固定磁性層３の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。
【０１０７】
前記フリー磁性層５は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ系合金からなる単層あるいはＣｏＦｅ等のＣｏ合金とＮｉＦｅ合金の積層膜とされ、その膜厚が、１０〜５０オングストロームの範囲に設定され、より好ましくは、２０〜３５オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。
【０１０８】
図９，１０は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１９μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１０９】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１１０】
非磁性導電層４は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜３０オングストロームに設定される。
保護層７は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層７ａとされている。
【０１１１】
バイアス下地層６Ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層６Ｃは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層６Ａおよび中間層６Ｃが、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能することにより、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂと周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの磁気特性が劣化することを防止することができる。
【０１１２】
前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、通常、２００〜７００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂが、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層５の変動磁化と前記固定磁性層３の固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【０１１３】
前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置され、前記フリー磁性層５の膜厚方向に前記フリー磁性層５の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの上面（基板Ｋに対向する面と反対側の面）は、フリー磁性層５の上面（基板Ｋに対向する面と反対側の面）よりも基板Ｋから離れた位置に（すなわち、図では上側に）配置され、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの下面は、前記フリー磁性層５の下面と略等しいかフリー磁性層５の下面よりも基板Ｋ側の位置に（すなわち、図では下側に）配置されている。前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置さられて前記積層体９と接合されているが、ここで、「前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されて前記積層体９と接合され」とは、少なくともハードバイアス層６Ｂ，６Ｂとフリー磁性層５とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂと前記フリー磁性層５との接合部分の厚さが、前記フリー磁性層５の膜厚に等しいかこのフリー磁性層５の膜厚よりも薄い状態も含まれる。また、ここで、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの上面とは、基板Ｋ側と反対側の面を意味している。さらに、「接合」とは、磁気的に主に接合されていればよく、直接接触して接続することのみならず、例えばバイアス下地層６Ａ、中間層６Ｃ等を介して積層体９と接続されることをも意味している。
【０１１４】
電極層８，８が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されたことにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層８，８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層６Ｃ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０１１５】
図２５に示す構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が印加されると、フリー磁性層５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層４とフリー磁性層５との界面および非磁性導電層４と固定磁性層３との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２４に示す第１ないし第４実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同等の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１１７】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第６実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第６実施形態］
図２６は、本発明の第６実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に説明した図２５に示す第５実施形態のものと略同等のトップタイプ（Top type）とされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされ、対応する構成には、同一の符号を付けその説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図２５に示す第５実施形態と異なる点は、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされた点である。
【０１１９】
本実施形態においては、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層４の上に、固定磁性層３Ａ，３Ｂ，３Ｃが形成されている。
この固定磁性層３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、非磁性導電層４の上に積層された第２の固定磁性層３Ｃと、前記第２の固定磁性層３Ｃの上に非磁性中間層３Ｂを介して形成され、前記第２の固定磁性層３Ｃの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第１の固定磁性層３Ａとからなる。
この第１の固定磁性層３Ａの上には、ＰｔＭｎ合金からなる反強磁性層１３が形成される。
第１および第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、両者の合計が４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層３Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜２０オングストロームに設定され。第２の固定磁性層３Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が１５〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層３Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましく、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【０１２０】
この第１の固定磁性層３Ａは、反強磁性層２に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層３Ａと反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図に示すように、前記第１の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層３Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
図２６に示すように、これら下地層１から酸化層７ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９１が構成されている。
【０１２１】
図１１，１２は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１８μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１２２】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１２３】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２５に示す第１ないし第５実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。また、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、特に薄いフリー磁性層を用いた時の再生波形の非対称性（Asymmetry ）が防止できるとともに、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１２４】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第７実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第７実施形態］
図２７は、本発明の第７実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層を中心としてその膜厚方向両側に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層がそれぞれ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型（Dual spin-valves）とされる。このデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、磁気抵抗効果を発現するフリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層のこの３層の組合わせが２組存在するためシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子に比べて大きな△Ｒ／Ｒを期待でき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
【０１２５】
図２７に示すスピンバルブ型薄磁気膜素子は、基板側から下地層３０、反強磁性層３１、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中間層（下）３３、第２の固定磁性層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４、および保護層４５の順で積層されている。なお図７に示すように、下地層３０から保護層４５までの積層体４６の両側には、バイアス下地層１３０ａ、ハードバイアス層１３０、中間層１３１ａ、電極層１３１が形成されている。
【０１２６】
図２７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層３１，４４は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましく、あるいはＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ´（ただしＸ´は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。
【０１２７】
前記フリー磁性層３６は、前述した図１９〜図２６に示す第１〜第６実施形態と同様に、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ系合金からなる単層あるいはＣｏＦｅ等のＣｏ合金とＮｉＦｅ合金の積層膜とされ、その膜厚が、１０〜５０オングストローム程度の厚さの範囲に設定され、より好ましくは、２０〜３５オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。
【０１２８】
図１３，１４は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１２９】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上でと、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１３０】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ1と、第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ2との膜厚比、および第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔＰ1と第２の固定磁性層４１（上）の膜厚ｔＰ2との膜厚比（第１の固定磁性層の膜厚ｔＰ1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔＰ2）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。さらには、膜厚比が上記範囲内であり、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の膜厚ｔＰ1および第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔＰ2が１０〜７０オングストロームの範囲内で、かつ第１の固定磁性層３２，４３の膜厚ｔＰ1から第２の固定磁性層３４，４１の膜厚ｔＰ2を引いた絶対値が２オングストローム以上であると、４０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
なお第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１との膜厚比や膜厚、非磁性中間層（下）３３，（上）４２の膜厚、および反強磁性層３１，４４の膜厚を上述した範囲内で適正に調節することにより、充分な△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を保つことができる。
【０１３１】
バイアス下地層１３０ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層１３１ａは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層１３０ａおよび中間層１３１ａにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層１３０，１３０と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層１３０，１３０の磁気特性が劣化することおよび、電極層１３１，１３１と周辺層の間で熱拡散がおこり、電極層１３１，１３１の特性が劣化することを防止することができる。
【０１３２】
前記ハードバイアス層１３０，１３０は、通常、２００〜８００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層１３０，１３０が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層３６の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層３６の変動磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の固定磁化とが略９０度で交差する関係となっている。このハードバイアス層１３０，１３０はフリー磁性層３６と磁気的に結合されていればよく、このハードバイアス層１３０からの固定磁性層３２，３４，４１，４３への影響を低減するために、例えば、膜厚方向における配置位置をフリー磁性層３６と略等しい位置に規定することもできる。
【０１３３】
電極層１３１，１３１が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されたことにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層１３１，１３１としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層１３１ａ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０１３４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２６に示す第１ないし第６実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。また、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、再生波形の非対称性（Asymmetry ）が低減されるとともに、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１３５】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子、およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第８実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第８実施形態］
図２８は、本発明の第８実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に説明した図２７に示す第７実施形態のものと略同等のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるデュアルシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされ、対応する構成には、同一の符号を付けその説明を省略する。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図２７に示す第７実施形態と異なる点は、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の一部に、強磁性絶縁材料からなる鏡面反射層５１，５２を設けた点である。
【０１３６】
この鏡面反射層５１，５２はともに、図２４に示す第４実施形態における鏡面反射層Ｓ１に対応して鏡面反射効果により大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができるもので、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】
図１５，１６は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１３８】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上でと、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１３９】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２７に示す第１ないし第７実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層３６の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１４０】
なお、本発明においては、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、他の実施形態のフリー磁性層における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とを適用することが可能である。さらに、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１４１】
さらに、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１４２】
次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳しく説明する。
図３０は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
この薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図３０において符号２３５で示す側がディスク面の移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ２５１のトレーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が設けられている。
【０１４３】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図３１および図３２に示す構造の複合型磁気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて構成されている。
【０１４４】
この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねるスライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されている。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャップ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７が形成されている。この上部シールド層２５７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
このＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【０１４５】
前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられている。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要なものである。
【０１４６】
また、インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂにて、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図３１および図３２に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６９が設けられている。
【０１４７】
このようなインダクティブヘッドｈ２では、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２６６からコア層に記録磁束が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
【０１４８】
本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図３１に示す磁性材料製の下部シールド層２５３上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果素子層２５４を形成する前記スピンバルブ型薄膜素子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の上に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成する。
続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気へッドとされる。
【０１４９】
このような薄膜磁気へッドは、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとなる。
【０１５０】
なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成およびインダクティブヘッドの構成は、図３０〜図３２に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスライダおよびインダクティブヘッドを採用することができるのは勿論である。
【０１５１】
（実施例）
本発明では、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、トラック幅寸法Ｔｗと、フリー磁性層における磁歪λｓと、再生出力との関係について測定した。
実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２１に示す第２実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
ここで、積層体における各層の膜厚は、下から
ＰｔＭｎ１１０／Ｃｏ１５／Ｒｕ８／Ｃｏ２５／Ｃｕ２４／Ｃｏ５／ＮｉＦｅ／Ｃｕ１５／Ｔａ１１（各数字はそれぞれの膜厚のオングストローム単位に対応する）
に設定されている。
【０１５２】
まず、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、
１．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝２２Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚３．６ｎｍ（丸数字１）
２．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝１４Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚３．６ｎｍ（丸数字２）
３．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝１４Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚２．５ｎｍ（丸数字３）
に設定したものにおいて、それぞれ、トラック幅寸法として、０．１５μｍ，０．２２μｍ，０．３μｍ，０．４μｍ，のものを作成し、同時に、このときのフリー磁性層の磁歪λｓを変化させて、出力を測定した。
このときの外部からの磁気信号の発生源となる磁気記録媒体としては、
磁気記録層の残留磁化×膜厚Ｍｒ・ｔ＝５Ｔ・ｎｍ
保磁力２９６ｋＡ／ｍ
残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝５Ｔ・ｎｍ
かつ、センス電流の大きさを５ｍＡとした。
そして、これらの再生出力のうち１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値（ａ）１．２ｍＶを上回り、かつ、実用上限値（ｂ）２．０ｍＶを下回った範囲をピックアップした。
その結果を、図２９に示す。
【０１５３】
これによれば、図１〜図１８に示す範囲に磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗと、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓを設定することにより、再生出力が適正な範囲に設定されていることがわかる。
そして、トラック幅Ｔｗが狭くなるほど適正なフリー磁性層の磁歪λｓはプラス符号側に大きくなる方向に変化する傾向は（丸数字１）〜（丸数字３）のどの場合も一致している。
ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積およびフリー磁性層の厚みが比較的大きく設定された（丸数字１）の場合には、比較的大きな磁歪に設定しないと再生出力が確保されないため適正な再生出力の範囲となるためのフリー磁性層の磁歪の範囲は比較的プラス符号の側に大きくなる傾向がある。一方、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積およびフリー磁性層の厚みが比較的小さく設定された（丸数字３）の場合には、比較的小さな磁歪でも出力が確保できる一方で、あまり磁歪が大きすぎると再生波形の歪みや不安定性（instability ）の発生確率が増加するため、適正な再生出力の範囲とするためのフリー磁性層の磁歪の範囲は比較的マイナス符号の側にずれる傾向がある。（丸数字２）の場合は、（丸数字１）と（丸数字３）の中間的な範囲となる。
【０１５４】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドによれば、以下の効果を奏する。
（１） トラック幅寸法Ｔｗを０．４μｍ以下に設定することにより、フリー磁性層にはハードバイアス層から距離的に離れている部分がないため、再生トラック幅が０．４μｍより広い場合に比較して、トラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。同時に、フリー磁性層の磁歪λｓを設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出し、素子高さ方向（ハイト方向）を磁化容易軸とすることができるため、磁気記録媒体からの磁界に対してフリー磁性層の磁化を感度よく回転させ、再生出力を向上することができる。この場合、前述したようにトラック幅Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されることでトラック幅方向の位置によるハードバイアス磁界の分布が小さいために、トラック幅方向において、フリー磁性層の変動磁化の回転容易性が大きな分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることをトラック幅が広い場合と比較して防止することができる。
このため、フリー磁性層には、トラック幅方向において、感度のばらつく領域が形成されることがなく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【０１５５】
（２） 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とを、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 〜点Ｖ1 で囲まれる範囲内の値に設定することにより、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性を低減することができる。また、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性が増加することを防止することができる。一方、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されることが防止でき、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転し、検出感度を向上することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわることを防止することができる。
【０１５６】
（３） 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 〜点Ｖ2 で囲まれる範囲内の値に設定することにより、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。同時に、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を磁気的な実効再生トラック幅の制御性の上で好適な値に設定した状態で、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性を低減することができる。また、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加することを防止することができる。一方、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をより効果的に抑制する上で好適な値に設定した状態で、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されることが防止でき、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転し、再生感度を向上することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわることを防止することができる。
【０１５７】
（４） 再生トラック幅Ｔｗが変化すると、フリー磁性層に作用するハードバイアス層からの磁界も変化することになり、トラック幅寸法に応じて好適なフリー磁性層の磁歪の範囲が変化することになる。本発明では、種種のトラック幅方向寸法毎で好適なフリー磁性層の磁歪の範囲を規定することで、再生波形の歪みや不安定性の防止と必要十分な再生出力の領地を図ることができる。
（５） 上記により、磁歪のコントロールを図ることができ、スピンバルブ型薄膜素子において狭トラック化に対応し出力特性の向上を図ることができる。
（６） 上記のようなスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１０】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２０】 図１９のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるフリー磁性層１４に等しい階層で図１９におけるＸ１−Ｙ平面を示す断面図である。
【図２１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第２実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の他の実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第３実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第４実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第５実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第６実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第７実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第８実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子において、再生出力の下限値および上限値に対する、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との関係を示すグラフである。
【図３０】 本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
【図３１】 図３０に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア部を示した断面図である。
【図３２】 図３０に示した薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図３３】 従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図３４】 図３３に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
【図３５】 図３３に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
【図３６】 フリー磁性層に磁壁ができた状態を示す図である。
【図３７】 スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
【図３８】 スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
【図３９】 スピンバルブ型薄膜磁気素子の積層体に占める感度領域と不感領域との測定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
Ｋ，１０…基板
１…下地層
１１，２…反強磁性層
３，１２…固定磁性層
３Ａ，１２Ａ…第１の固定磁性層
３Ｂ，１２Ｂ…非磁性中間層
３Ｃ，１２Ｃ…第２の固定磁性層
４，１３…非磁性導電層
５，１４…フリー磁性層
７，１５…保護層
９，１６，９１…積層体
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，１７…ハードバイアス層
１７ｂ…上面
８，１８…電極層
Ｂ１…バックド層
Ｓ１，Ｓ２…鏡面反射層
３０…下地層
３１…反強磁性層
３２…第１の固定磁性層（下）
３３…非磁性中間層（下）
３４…第２の固定磁性層（下）
３５…非磁性導電層
３６…フリー磁性層
４０…非磁性導電層
４１…第２の固定磁性層（上）
４２…非磁性中間層（上）
４３…第１の固定磁性層（上）
４４…反強磁性層
４５…保護層
４６…積層体
５１，５２…鏡面反射層
１３０ａ…バイアス下地層
１３０…ハードバイアス層
１３１ａ…中間層
１３１…電極層
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー（Free）磁性層の磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜磁気素子および、このスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、特に、狭トラック化に対応して、出力の向上とスタビリティの向上とを図り、バルクハウゼンノイズ発生の低減等、素子の安定性を向上させ、フリー磁性層の磁区制御を良好に行うことができるスピンバルブ型薄膜磁気素子に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ（Giant Magnetoresistive）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。
【０００３】
図３３は、従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
図３３に示すスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０００４】
図３３における従来のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、下から下地層１０６、反強磁性層１０１、固定磁性層（ピン（Pinned）磁性層）１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、および保護層１０７で構成された積層体１０９と、この積層体１０９の両側に形成された一対のハードバイアス層１０５，１０５と、このハードバイアス層１０５，１０５の上に形成された一対の電極層１０８，１０８とで構成されている。下地層１０６は、Ｔａ（タンタル）などからなり、反強磁性層１０１が、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などから形成されている。さらに、前記固定磁性層１０２およびフリー磁性層１０４は、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などから形成され、非磁性導電層１０３にはＣｕ（銅）膜が適応され、また、ハードバイアス層１０５，１０５が、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルトー白金）合金などで形成され、電極層１０８，１０８がＴａ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｗなどで形成されている。
【０００５】
前記固定磁性層１０２は、前記反強磁性層１０１に接して形成されることにより、前記固定磁性層１０２と反強磁性層１０１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層１０２の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
前記ハードバイアス層１０５，１０５が図示Ｘ１方向に磁化されていることで、これらハードバイアス層１０５，１０５によって挟まれたフリー磁性層１０４の変動磁化が図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１０４の変動磁化と前記固定磁性層１０２の固定磁化とが交差する関係となっている。
【０００６】
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードバイアス層１０５の上に形成された電極層１０８から、固定磁性層１０２、非磁性導電層１０３、フリー（Free）磁性層１０４、に検出電流（センス電流）が与えられる。ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層１０４の磁化がＸ１方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層１０４内での磁化の方向の変動と、固定磁性層１０２の固定磁化方向との関係で電気抵抗値が変化し、（これを磁気抵抗（ＭＲ）効果という）、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、磁気記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【０００７】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層１０４の変動磁化が、このフリー磁性層１０４の両側のハードバイアス層１０５，１０５によりしっかりと固定されたタイプ（abutted junction type）とされており、フリー磁性層１０４の磁化の安定性が高い。
通常、フリー磁性層１０４は、その両側に形成されトラック幅方向に磁化されたハードバイアス層１０５の影響を受けて、前記フリー磁性層１０４の磁化がトラック幅方向に揃えられる。しかし、前記ハードバイアス層１０５の影響は、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど、すなわち前記ハードバイアス層１０５から距離的に離れるほど小さくなる。
【０００８】
図３４，図３５は、図３３に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
ここで、スピンバルブ型薄膜素子の再生出力は、再生トラック幅方向（図３３に示すＸ１方向）にある分布を有しており、積層体１０９の中央部分が、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与し、磁気抵抗効果を発揮する程度に再生出力の高い感度領域１０９ａであり、再生トラック幅Ｔｗに対応している。そして、積層体１０９における感度領域１０９ａの両側に位置する部分は、図３４に示すように、実質的に磁気記録媒体からの記録磁界の再生に寄与しない程度に再生出力の低い不感領域１０９ｂ，１０９ｂとなっている。
この積層体に占める感度領域１０９ａおよび不感領域１０９ｂは、後述するマイクロトラックプロファイル法によって測定される。
【０００９】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、その出力のインスタビリティが小さいほうが好ましい。
そして、メディアへの磁気記録に際して、記録密度の向上への要求が存在し、これに伴って、スピンバルブ型薄膜素子では、検出トラック幅が１μｍ以下、さらに０．５μｍ程度以下、特に０．４μｍ以下への狭トラック化と、同時に出力の低下防止という強い要求があった。
【００１０】
しかし、このタイプ（abutted junction type ）のようなスピンバルブ型薄膜素子において、トラック幅を狭く設定した場合には、再生出力そのものが低下してしまうという問題があった。
というのも、上記のようなトラック幅方向の再生出力分布は、感度領域１０９ａに対応するフリー磁性層１０４中央部分の感度領域１０４ａに比べて、ハードバイアス層１０５に近い部分の不感領域１０４ｂの方が、ハードバイアス層１０５，１０５に近い分だけ、このハードバイアス層１０５からの磁界が強く、その分フリー磁性層１０４の変動磁化に対する固定が強固に固定されていることに起因する。つまり、前記ハードバイアス層１０５の影響が、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど、すなわち前記ハードバイアス層１０５から距離的に離れるほど小さくなるため、不感領域１０４ｂ，１０４ｂができると考えられる。
ここで、不感領域１０４ｂ，１０４ｂは、あくまで、ハードバイアス層１０５からの磁界によってフリー磁性層１０４の変動磁化の回転が鈍くなっている部分を指すものであり、物理的トラック幅と光学トラック幅寸法との差とは異なるものである。
このため、不感領域１０４ｂのトラック幅方向長さ寸法は、スピンバルブ型薄膜素子のトラック幅方向寸法に依存しないため、狭トラック化を図って積層体１０９全体のトラック幅寸法を小さく設定した場合にも、不感領域１０４ｂ，１０４ｂのトラック幅方向寸法は変化せず、狭くならない。
【００１１】
したがって、狭トラック化を図りトラック幅寸法を狭く設定した場合には、結果的に、あたかも感度領域１０４ａが減少したようになり、両脇の不感領域１０４ｂ，１０４ｂに対応する再出力分布曲線がトラック幅方向中心に移動してしまう。
特に、一層の狭トラック化を図り、再生トラック幅寸法を０．４μｍ以下程度に設定した場合には、あたかも感度領域１０４ａが無くなってトラック幅方向全体が、不感領域１０４ｂになったようになり、図３５に示すように、スピンバルブ型薄膜素子全体としての再生出力つまり再生出力の最大値そのものが減少してしまうという問題があった。
【００１２】
一方、金属膜の多層構造であるスピンバルブ型薄膜素子は、その上下、およびハイト奥側の側面が、絶縁膜（ギャップ膜）により覆われ、前記ハイト側の逆側（すなわちＡＢＳ面側；正面側）の面が外部に露出した構造となっており、前記スピンバルブ型薄膜素子におけるフリー磁性層の中央付近には、ハイト方向に引っ張り応力が働いている。
【００１３】
したがって、再生トラック幅寸法を１μｍ程度以上程度に設定した場合には、前述したように、前記ハードバイアス層１０５の影響が、フリー磁性層１０４の両端部が最も大きく、フリー磁性層１０４の中央部に近づくほど小さくなるため、特に、フリー磁性層１０４の中央付近では、前記フリー磁性層１０４に加わる応力と磁歪とで求めることができる逆磁歪効果による一軸義気異方性磁界の影響が、大きくなっている。
前述したように、フリー磁性層１０４の中央部付近には、ハイト方向に引っ張り応力が働いているため、前記フリー磁性層１０４の磁歪が正の値で、しかもその値が大きくなるほど、逆磁歪効果によるハイト方向への磁化回転容易性は大きくなり、ハイト方向が磁化容易軸方向となってしまう。このような状態であると、フリー磁性層の中央付近における磁化は、ハイト方向に向きやすく、バルクハウゼンノイズが発生しやすくなるといった問題が起こる。
【００１４】
言い換えると、フリー磁性層１０４に磁歪が発生していると、磁気履歴ヒステリシスが発生する可能性があり、図３６に示すように、フリー磁性層１０４内に、あたかも、磁壁１０４ｃ，１０４ｃができたように、単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生しやすくなるという可能性があった。
例えば、ヒステリシスが発生した場合には、図３７に示すヒステリシスのない場合の再生波形に対して、図３８に示すように、ベースラインシフト（Baseline shift )が出て、再生波形がシンメトリー（対称形）にならない。ここで、図３７、図３８は、スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
したがって、スピンバルブ型薄膜素子において、磁歪によって生じる影響を低減しようとしていた。
【００１５】
さらに、根本的に、スピンバルブ型薄膜素子におけ狭トラック化を図るとともに、より一層の出力特性の向上、および、感度の向上を図りたいという要求が存在していた。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
▲１▼ スピンバルブ型薄膜素子において狭トラック化に対応し出力特性の向上を図ること。
▲２▼ 再生波形の安定性（stability）の向上を図ること。
▲３▼ 磁歪のコントロールを図ること。
▲４▼ 上記のようなスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供すること。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有し、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されるとともに、
前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定されてなることにより上記課題を解決した。
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ａ1 （０．４，６），点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３），点Ｖ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ａ2 （０．４，６），点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６），点Ｖ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。本発明の前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることが好ましい。
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることができる。
本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされていてもよい。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、上述のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことにより上記課題を解決することができる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０ −６ ）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ １ （０．１８，２０），点Ｈ １ （０．１７，２０），点Ｉ １ （０．１５，２０），点Ｊ １ （０．１３，２０），点Ｋ １ （０．１，２０），点Ｌ １ （０．１，９），点Ｍ １ （０．１３，５），点Ｎ １ （０．１５，３．５），点Ｏ １ （０．１７，２），点Ｐ １ （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、 １０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることにより上記課題を解決した。
特に本発明において、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０ −６ ）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ ２ （０．２，１３．５），点Ｈ ２ （０．１７，１６），点Ｉ ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ ２ （０．１３，２０），点Ｋ ２ （０．１，２０），点Ｌ ２ （０．１，９），点Ｍ ２ （０．１３，５），点Ｎ ２ （０．１５，３．５），点Ｏ ２ （０．１７，２），点Ｐ ２ （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、 １０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることにより上記課題を解決した。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ１ （０．１７，２０），点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５），点Ｏ１ （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに、本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ２ （０．１７，１６），点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５），点Ｏ２ （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
さらに本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることが好ましい。
本発明の前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることが好ましい。
本発明において、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることができる。
本発明において、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性中間層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされていてもよい。
本発明の薄膜磁気ヘッドにおいては、上述のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことにより上記課題を解決することができる。
【００１９】
図３９に示すように、磁気抵抗効果を発揮する積層体と、その両側に形成されたハードバイアス層と、このハードバイアス層上に形成された電極層とを有し、かつ、磁歪の影響を無視し得る、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を基板上に形成する。
次に、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡によって、積層体の上面の幅寸法Ａを測定する。この幅寸法Ａは光学的方法によって測定されたトラック幅Ｔｗ（以下、光学的トラック幅寸法Ｏ−Ｔｗという）として定義され、１μｍ程度に設定される。
【００２０】
そして、磁気記録媒体上に、微小トラックとして、所定の信号を記録しておき、スピンバルブ型薄膜磁気素子を、この微小トラック上でトラック幅方向に走査させることにより、積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定する。あるいは、微小トラックが形成された磁気記録媒体側を、スピンバルブ型薄膜磁気素子上にトラック幅方向に走査させて積層体の幅寸法Ａと、再生出力との関係を測定してもよい。その測定結果の一例が、図３９の下側に示されている。
【００２１】
この測定結果によると、積層体の中央付近では、再生出力が高くなり、前記積層体の側部付近では、再生出力が低くなることがわかる。この結果から、積層体の中央付近では、良好に磁気抵抗効果が発揮され、再生機能に関与するが、その両側部付近においては、磁気抵抗効果が悪化して再生出力が低く、再生機能が低下している。
【００２２】
通常、図３９に示すように、積層体上面におけるトラック幅寸法Ａのうち、最大再生出力に対して５０％以上の再生出力が発生する積層体上面の幅寸法Ｂで形成された領域を感度領域と定義し、最大再生出力に対して５０％以下の再生出力しか発生しない積層体上面の幅寸法Ｃを有して形成された領域を不感領域として定義する。ここで、不感領域は、ハードバイアス層からの磁界によってフリー磁性層の変動磁化の回転が鈍くなっている部分であり、物理的トラック幅と光学トラック幅寸法との差とは異なるものである。
【００２３】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層とが積層されて積層体を形成し、この積層体のトラック幅方向両側位置に、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有し、前記積層体上面において後述するマイクロトラッププロファイル法により定義された磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されるとともに、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定されてなることにより、狭トラック化によって低下するスピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力を向上することができる。
ここで、トラック幅方向とは、薄膜磁気ヘッドとして形成されて場合における媒体対向面（ＡＢＳ面）と平行でかつ積層体における各層の膜面内方向と平行な方向を意味しており、素子高さ方向とは、前記媒体対向面と直交する方向を意味している。
【００２４】
スピンバルブ型薄膜素子において、トラック幅が１μｍ程度に設定された場合に比べて、トラック幅が０．４μｍ以下に設定されている場合には、このままでは、前述したようにスピンバルブ型薄膜磁気素子の再生出力が低下するが、本発明では、逆磁歪効果により再生出力の向上を図る。
【００２５】
次に、磁歪と、スピンバルブ型薄膜磁気素子の出力との関係について説明する。
【００２６】
一般的に、平面的に成膜された膜にかかっている応力というのは、その膜面内方向でほぼ等方的な状態になっている。しかし、例えばフリー磁性層に対するＡＢＳ面のように、一部を切断することにより一部が開放された膜においては、膜面内における応力分布が異方的になってしまう。例えば、この場合、フリー磁性層内には、素子高さ方向（ストライプハイト方向）に引張応力が異方的にはたらくことになる。
ここで、磁性体、いまの場合フリー磁性層の磁歪がゼロの場合には、フリー磁性層を磁化したときにも磁歪が起こることはない。したがって、フリー磁性層の磁歪によって誘導される磁気異方性は等方的になっている。
しかし、磁歪をプラス、つまり磁化した方向に伸びる状態に設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出することになる。つまり、この引張応力の作用するフリー磁性層においては、前記引張応力の方向を磁化容易軸とすることができる。
したがって、フリー磁性層の磁化変化状態はハードバイアス層からの磁界によりトラック幅方向に固定されているが、素子高さ方向の磁気異方性を有することにより、そのハードバイアスの磁界に反して（打ち勝って）、割と磁化容易軸方向、つまり素子高さ方向に回転しやすくなる。
その結果、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層の変動磁化方向が、固定磁性層の固定磁化方向に対して回転することにより発現する磁気抵抗効果による抵抗変化がおこりやすくなるため、再生出力の増大を見込むことができる。
【００２７】
一方、スピンバルブ型薄膜素子において、上記のようにトラック幅が０．４μｍ以下に設定されている場合には、ハードバイアス層の影響を受けて前記フリー磁性層の磁化がトラック幅方向に揃えられる際に、フリー磁性層には、前述した感度領域の生じるほど前記ハードバイアス層から距離的に離れている部分がないため、トラック幅が０．４μｍより広い場合に比較してトラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。
従って、上記のように磁歪λｓを設定することにより、トラック幅方向において、フリー磁性層の変動磁化の回転容易性が大きな分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることをトラック幅が広い場合に比較して防止することができる。
このため、フリー磁性層には、トラック幅方向において、感度のばらつく領域が形成されることがなく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００２８】
本発明においては、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以上に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができる可能性があるとともに、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、―７．０×１０-6より小さく設定されると、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。また、磁歪λｓが２．０×１０-5以上に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下するため好ましくない。
【００２９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 （０．４，６），点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３），点Ｖ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図１において点Ａ1 ，点Ｖ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ａ1 ，点Ｂ1 ，点Ｃ1 ，点Ｄ1 ，点Ｅ1 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
▲３▼前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｅ1 ，点Ｆ1 ，点Ｇ1 ，点Ｈ1 ，点Ｉ1 ，点Ｊ1 ，点Ｋ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲３▼磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｌ1 ，点Ｍ1 ，点Ｎ1 ，点Ｏ1 ，点Ｐ1 ，点Ｑ1 ，点Ｒ1 ，点Ｓ1 ，点Ｔ1 ，点Ｕ1 ，点Ｖ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
なお、トラック幅が０．１μｍ未満の場合については、磁歪をプラズに大きくしても出力が得られにくく、ハードバイアスによりフリー磁性層の磁化を固定するいわゆるハードバイアス方式そのものが適用される可能性が低いため、本発明からは除外している。
【００３０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 （０．４，６），点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６），点Ｖ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図２において点Ａ2 ，点Ｖ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ａ2 ，点Ｂ2 ，点Ｃ2 ，点Ｄ2 ，点Ｅ2 ，点Ｆ2 ，点Ｇ2 ，点Ｈ2 ，点Ｉ2 ，点Ｊ2 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、点Ａ2 ないし点Ｊ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層の残留磁化×膜厚積は少なくてよいため、磁気的再生トラック幅の制御の上でより好ましい。
▲３▼前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｊ2 ，点Ｋ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するするため好ましくない。
▲４▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層の磁歪λｓが、点Ｌ12 ，点Ｍ2 ，点Ｎ2 ，点Ｏ2 ，点Ｐ2 ，点Ｑ2 ，点Ｒ2 ，点Ｓ2 ，点Ｔ2 ，点Ｕ2 ，点Ｖ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、点Ｅ2 ないし点Ｖ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を再生波形の不安定性をより確実に防止するのに必要とされる以下に小さくしなくてよいため、より好ましい。
【００３１】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３２】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３３】
本発明において、前記再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３４】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３５】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３６】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３７】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、
この範囲であると、特に、０．１９μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３８】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００３９】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１８μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４０】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４１】
本発明において、前記磁気再生ラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４２】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４３】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４４】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４５】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００４６】
本発明において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００４７】
さらに、本発明の前記フリー磁性層においては、そのトラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１〜３：２の比率に設定され、前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法が０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されてなることができ、これにより、横長の形状による形状磁気異方性によって素子高さ方向における磁区の単一性を向上して、不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。
【００４８】
前記基板上には、前記各層が、基板側から、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層された、いわゆるボトムタイプのシングルスピンバルブ型とされてなることができ、また、前記基板上には、前記各層が、基板側から、少なくとも前記フリー磁性層、前記非磁性導電層、前記固定磁性層、前記反強磁性層の順に積層された、いわゆるトップタイプのシングルスピンバルブ型とされてなること、また、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが積層された、いわゆる、デュアルスピンバルブ型とされてなることができる。また、前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることや、前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなることができる。
フリー磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに分断されたフリー磁性層どうしの間に互いの磁化を反平行に向けるように作用する交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、磁気的な膜厚が減少するので外部磁界に対して感度よく反転できるものとなる。
固定磁性層が非磁性中間層を介して２つに分断されたスピンバルブ型薄膜素子とした場合、２つに分断された固定磁性層どうしの間に互いの磁化を反平行に向けるように作用する交換結合磁界が発生し、フェリ磁性状態とされ、磁気的な安定性を向上することができる。
【００４９】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッドによって、前記課題を解決することができる。
【００５０】
なお、金属膜の多層構造であるスピンバルブ型薄膜素子は、その上下、およびハイト側の側面が例えばＡｌ2Ｏ3などの絶縁膜（ギャップ膜）により覆われ、前記ハイト側の逆側（すなわちＡＢＳ面側；正面側）の面が外部に露出した構造となっており、このギャップ膜、および、フリー磁性層の組成、成膜条件をコントロールすることにより、フリー磁性層にかかるハイト方向（素子高さ方向）の引っ張り応力をコントロールすることができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびその製造方法、およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１９は、本発明の第１実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気抵抗効果を利用したＧＭＲ（giant magnetoresitive ）素子の一種である。このスピンバルブ型薄膜素子は、後述するように、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダーのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は図においてＺ方向であり、磁気記録媒体からの漏れ磁界方向はＹ方向である。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、２層の固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が形成されたボトム型（Bottom type ）とされ、さらに、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
【００５２】
図１９において、符号１１は、基板１０上に設けられた反強磁性層である。この反強磁性層１１の上には、固定磁性層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが形成されている。
この固定磁性層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、第１の固定磁性層１２Ａと、前記第１の固定磁性層１２Ａの上に非磁性中間層１２Ｂを介して形成され、前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層１２Ｃとからなる。
この第２の固定磁性層１２Ｃの上には、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層１３が形成され、さらに、前記非磁性導電層１３の上には、フリー磁性層１４が形成されている。前記フリー磁性層１４の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成され、この保護層の上側が、酸化タンタル（Ｔａ−Oxide ）からなる酸化層１５ａとされている。
図１９に示すように、これら反強磁性層１１の一部から酸化層１５ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体１６が構成されている。
【００５３】
また、符号１７，１７は、ハードバイアス層を、符号１８，１８は、電極層を示している。
これら、ハードバイアス層１７，１７は、積層体１６の両側位置に張り出している反強磁性層１１上にバイアス下地層１７ａを介して形成されている。このハードバイアス層１７，１７上には、ＴａまたはＣｒからなる中間層１９を介して電極層１８，１８が形成されている。
【００５４】
さらに詳細に説明すると、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１９に矢印Ｘ１で示す方向の寸法、つまりトラック幅方向の光学的寸法（磁気再生トラック幅方向寸法）Ｔｗが、０．４μｍ以下に設定されている。ここで、光学トラック幅寸法は、図１９に示すように、断面台形形状であるフリー磁性層１４の厚さ方向（Ｚ方向）の中間位置におけるＸ１方向の幅寸法として定義される。
前記反強磁性層１１は、積層体１９中央部分において、８０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【００５５】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層１１として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層１１を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、６．４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層１１を得ることができる。
【００５６】
第１および第２の固定磁性層１２Ａ，１２Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、合計で４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層１２Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜１５オングストロームに設定され、第２の固定磁性層１２Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が１５〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層１２Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましく、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【００５７】
この第１の固定磁性層１２Ａは、反強磁性層１１に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層１２Ａと反強磁性層１１との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、図１９に示すように、前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層１２Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層１２Ｂを介して対向する第２の固定磁性層１２Ｃの磁化は、第１の固定磁性層１２Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
【００５８】
本実施形態では、交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくするために、第１の固定磁性層１２Ａと第２の固定磁性層１２Ｃとの膜厚比を適正な範囲内に収めるとともに、第１の固定磁性層１２Ａと第２の固定磁性層１２Ｃとの磁化を、熱的にも安定した反平行状態（フェリ状態）に保ち、しかも、△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を従来と同程度に確保することが可能である。さらに熱処理中の磁場の大きさおよびその方向を適正に制御することによって、第１の固定磁性層１２Ａおよび第２の固定磁性層１２Ｃの磁化方向を、所望の方向に制御する。
【００５９】
非磁性導電層１３は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜３０オングストロームに設定される。
【００６０】
図２０は、フリー磁性層１４に等しい階層で図１９におけるＸ１−Ｙ平面を示す断面図である。
図１，２は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
前記フリー磁性層１４は、通常、２０〜５０オングストローム程度の厚さとされ、前記固定磁性層３と同様の材質などで形成され、ＮｉＦｅあるいはＣｏＦｅとＮｉＦｅとの積層膜からなることが好ましい。さらに、図１９に矢印Ｘ１で示す方向の寸法、つまり、トラック幅方向寸法（磁気再生トラック幅方向寸法）Ｔｗが、０．４μｍ以下に設定されている。
このフリー磁性層１４においては、磁歪λｓが、―７．０×１０-6≦λｓ≦２．０×１０-5の範囲に設定されてなることが好ましく、より好ましくは、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 （０．４，６），点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３），点Ｖ1 （０．４，−７）で囲まれる範囲内の値に設定される。
【００６１】
ここで、本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、上記のようにトラック幅寸法Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されているので、後述するようにハードバイアス層１７，１７の影響を受けて前記フリー磁性層１４の磁化がトラック幅方向に揃えられる際に、フリー磁性層１４には、前述したマイクロトラックプロファイル法により測定した場合における感度領域および不感領域の差が生じるほど前記ハードバイアス層１７，１７から距離的に離れている部分がないため、トラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。
同時に、上記のように磁歪λｓをプラス側、つまり磁化した方向に伸びる状態におおく設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出することになる。つまり、この引張応力の作用するフリー磁性層１４においては、前記引張応力の方向つまり、図１９，２０に示す矢印Ｙ方向とされる素子高さ方向（ハイト方向）を磁化容易軸とすることができる。このように磁歪λｓを設定した場合は、トラック幅方向寸法Ｔｗを０．４μｍ以下に設定することにより、トラック幅方向（Ｘ１方向）において、フリー磁性層１４の変動磁化の回転容易性が分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることを防止することができる。
このため、フリー磁性層１４には、トラック幅方向（Ｘ１方向）において、感度のばらつく領域が形成されることが少なく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００６２】
本実施形態において、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが０．４μｍ以上に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層内に磁壁ができる可能性があるため好ましくないとともに、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓが、―７．０×１０-6より小さく設定されると、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７，１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまうため好ましくない。また、磁歪λｓが２．０×１０-5以上に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下するため好ましくない。
【００６３】
さらに、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 〜点Ｖ1 で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図１において点Ａ1 ，点Ｖ1 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層１４内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ａ1 ，点Ｂ1 ，点Ｃ1 ，点Ｄ1 ，点Ｅ1 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
▲３▼前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｅ1 ，点Ｆ1 ，点Ｇ1 ，点Ｈ1 ，点Ｉ1 ，点Ｊ1 ，点Ｋ1 より上側に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するため好ましくない。
▲４▼磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｌ1 ，点Ｍ1 ，点Ｎ1 ，点Ｏ1 ，点Ｐ1 ，点Ｑ1 ，点Ｒ1 ，点Ｓ1 ，点Ｔ1 ，点Ｕ1 ，点Ｖ1 より下側に設定された場合には、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
【００６４】
本実施形態においては、さらに、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 （０．４，６），点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６），点Ｖ2 （０．４，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることがより好ましい。そして、この範囲以外に設定された場合には、以下のような不都合があった。
▲１▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗが、図２において点Ａ2 ，点Ｖ2 より右側に設定された場合には、前述したように、フリー磁性層１４内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性があり好ましくない。
▲２▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ａ2 ，点Ｂ2 ，点Ｃ2 ，点Ｄ2 ，点Ｅ2 ，点Ｆ2 ，点Ｇ2 ，点Ｈ2 ，点Ｉ2 ，点Ｊ2 より外側に設定された場合には、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい、再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性があり、好ましくない。
さらに、上記のような、点Ａ2 ないし点Ｊ2 の内側に設定されることにより、トラック幅Ｔｗが狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化を安定化するためのハードバイアス層１７の残留磁化×膜厚積は少なくてよいため、磁気的再生トラック幅の制御の上でより好ましい。
▲３▼前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｊ2 ，点Ｋ2 より上側に設定された場合には、フリー磁性層１４における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層１４の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加するするため好ましくない。
▲４▼磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ、および、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓが、点Ｌ12 ，点Ｍ2 ，点Ｎ2 ，点Ｏ2 ，点Ｐ2 ，点Ｑ2 ，点Ｒ2 ，点Ｓ2 ，点Ｔ2 ，点Ｕ2 ，点Ｖ2 より下側に設定された場合には、フリー磁性層１４の変動磁化がハードバイアス層１７に必要以上に強固に固定されてしまい、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転せず、スピンバルブ型薄膜磁気素子の１０ＭＭｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわってしまい好ましくない。
さらに、上記のような、点Ｅ2 ないし点Ｖ2 の内側に設定されることにより、トラック幅が狭くなるにしたがって、フリー磁性層１４の変動磁化×膜厚積を、再生波形の不安定性をより確実に防止するために必要とされる以下に小さくしなくてよいため、より好ましい。
【００６５】
さらに、前記フリー磁性層１４においては、そのトラック幅方向の幅寸法と前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法とが略１：１ないし３：２の比率に設定され、図２０に示すように、Ｙ方向の寸法、つまり前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法ＭＲｈが０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定されてなることができ、これにより、横長の形状による形状磁気異方性によっって素子高さ方向における磁区の単一性を向上して、不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。
【００６６】
保護層１５は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層１５ａとされている。
バイアス下地層１７ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層１９は例えばＴａからなり、５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層１７ａおよび中間層１９により、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層１７，１７と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層１７，１７の磁気特性が劣化することを防止することができる。
【００６７】
前記ハードバイアス層１７，１７は、通常、２００〜７００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層１７，１７が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層１４の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層１４の変動磁化と前記第２の固定磁性層１２Ｃの固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【００６８】
前記ハードバイアス層１７，１７は、前記フリー磁性層１４と同じ階層位置に配置され、前記フリー磁性層１４の膜厚方向に前記フリー磁性層１４の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、前記ハードバイアス層１７，１７の上面１７ｂ，１７ｂは、フリー磁性層１４の上面１４Ａよりも基板１０から離れた位置に（すなわち、図１では上側に）配置され、前記ハードバイアス層１７，１７の下面は、前記フリー磁性層１４の下面よりも基板１０側の位置に（すなわち、図１では下側に）配置されている。
【００６９】
電極層１８，１８が、ハードバイアス層１７，１７の上側に、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されて、積層体１６へセンス電流を与える。ここで、電極層１８，１８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層１９上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【００７０】
図１９，２０に示す構造のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１６にセンス電流が与えられる。ハードディスク等のメディア（磁気記録媒体）から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７１】
ここで、本実施形態においては、上記のように前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが設定されていることにより、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、フリー磁性層１４の変動磁化方向が、逆磁歪効果により固定磁性層１２の固定磁化方向に対して回転しやすくなることにより発現する磁気抵抗効果による抵抗変化がおこりやすくなるため、再生出力の増大を見込むことができる。
同時に、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【００７２】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子において、その上下方向（Ｚ方向）両側には、図３０，図３１において後述するように、それぞれ下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、および、上部シールド層２５７が、フリー磁性層１４の膜面内方向（Ｘ１−Ｙ面内方向）に形成されている。これら、下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７にかかっている応力は、ＡＢＳ面によって一部が開放されているため、膜面内における応力分布が異方的になっている。例えば、この場合、フリー磁性層１４において、素子高さ方向（ストライプハイト方向）に引張応力が異方的にはたらくように、これら、下部シールド層２５３、下部ギャップ層２５４、上部ギャップ層２５６、上部シールド層２５７にかかっている応力を所望の状態に設定する。
その結果、フリー磁性層１４内において、上記の範囲に磁歪を設定することが可能になる。
あるいは、フリー磁性層１４の組成や、成膜時のスパッタ条件等を制御して、上記の範囲に磁歪を設定することもできる。
【００７３】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第２実施形態］
図２１は、本発明の第２実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、図１９，図２０に示した第１実施形態と異なるところは、バックド層Ｂ１を設けた点、および、フリー磁性層１４に関する点である。それ以外、第１実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７４】
図２１において、符号Ｂ１は、バックド層である。
このバックド層Ｂ１は、図２１に示すように、前記フリー磁性層１４の上に設けられ、このバックド層Ｂ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
バックド層Ｂ１は、Ｃｕ等の金属材料や、非磁性導電材料からなり、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｒｕ等からなる群から選択された材料から構成されることができ、例えばその膜厚が５〜２０オングストロームに設定される。
【００７５】
図３，４は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ1 （０．３５，８），点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５），点Ｕ1 （０．３５，−６．３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００７６】
さらに、本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付面図４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｂ2 （０．３５，６），点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５），点Ｕ2 （０．３５，−１．６）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上でと、磁気的再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００７７】
前記フリー磁性層１４のトラック幅方向の幅寸法と素子高さ方向寸法とが略１：１ないし３：２の比率に設定され、前記フリー磁性層の素子高さ方向寸法が０．０６μｍ〜０．４μｍの範囲に設定される。
【００７８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、電極層１８，１８から積層体１６にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層１４の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７９】
ここで、バックド層Ｂ１によって、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆるスピンフィルター効果（spin filter effect）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
ここで、上記のバックド層によって磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べる。
スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流を印加したときには、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピン（up spin ）とダウンスピン（down spin ）の２種類の伝導電子が確率的に等量存在する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程（mean free path）の行程差に対して正の相関を示す。
【００８０】
ダウンスピン電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で常に散乱され、フリー磁性層１４に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピン電子の平均自由行程に比べて短いままである。
一方、アップスピン電子については、外部磁界によってフリー磁性層１４の磁化方向が固定磁性層１２の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性導電層１３からフリー磁性層１４に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。これに対し、外部磁界によってフリー磁性層１４の磁化方向が固定磁性層１２の磁化方向に対して平行状態から変化するに従って、非磁性導電層１３とフリー磁性層１４との界面で散乱される確率が増加し、アップスピン電子の平均自由行程が短くなる。
このように外部磁界の作用によって、アップスピン電子の平均自由行程がダウンスピン電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化することによって、抵抗率が変化し、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）が大きくなる。
【００８１】
ここで、フリー磁性層１４にバックド層Ｂ１を接続すると、フリー磁性層１４中を移動するアップスピン電子がバックド層Ｂ１内にまで移動することが可能となり、バックド層Ｂ１の膜厚に比例してアップスピン電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。このため、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００８２】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９，図２０に示す第１実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同等の効果を奏するとともに、バックド層Ｂ１が形成されているため、スピンフィルター効果により、特にフリー磁性層が薄い場合に磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００８３】
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【００８４】
なお、本実施形態のみならず本発明においては、図２２に示すように、固定磁性層１２を単層からなる構成とすることも可能である。この場合、固定磁性層１２の固定磁化は、反強磁性層１との交換結合によって、図２２に示すように、図示Ｙ方向と逆方向に固定することができる。
【００８５】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第３実施形態］
図２３は、本発明の第３実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、、図２１に示した第２実施形態と異なるところは、バックド層Ｂ１に替えて鏡面反射層Ｓ１を設けた点、および、フリー磁性層に関する点である。それ以外、第２実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８６】
図２３において、符号Ｓ１は、鏡面反射層である。
この鏡面反射層Ｓ１は、図２３に示すように、前記フリー磁性層１４の上に設けられ、この鏡面反射層Ｓ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
【００８７】
図５，６は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ1 （０．３，１２．５），点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３），点Ｔ1 （０．３，−５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【００８８】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｃ2 （０．３，７．５），点Ｄ2 （０．２５，１０．５），点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５），点Ｓ2 （０．２５，−１），点Ｔ2 （０．３，−１．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【００８９】
本実施形態において、鏡面反射層Ｓ１は、伝導電子の平均自由行程を鏡面反射効果により延長する平均自由行程延長層として形成され、後述するように、磁気抵抗効果に寄与する＋スピン（上向きスピン：up spin ）の伝導電子における平均自由行程（mean free path）をのばし、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）によりスピンバルブ型薄膜素子において、大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を得ることが可能となり、これにより、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
この鏡面反射層Ｓ１の厚さは、１０〜４００オングストロームの範囲に設定されることが好ましく、より好ましくは１０〜２００オングストロームの範囲に設定されることができる。この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、１０オングストロームよりも薄い値に設定されると、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として連続した一様な膜にならず、鏡面反射の効果が充分得られないため、好ましくない。
また、この鏡面反射層Ｓ１の膜厚が、厚くなるに従い、反強磁性層１１と同様に、反強磁性膜として機能する可能性が増大してしまい、予期しない交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じてしまう可能性が生じる。このため、上記の値よりも厚い値に設定されると、好ましくない。同時に、薄膜磁気ヘッドとして構成した場合に、再生ギャップであるシールド間隔が広くなり過ぎ、ヘッドの分解能が低下するため好ましくないという問題が発生する。
【００９０】
このように設定することにより、鏡面反射層Ｓ１は、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層１４を移動してきたアップスピンの伝導電子を、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、後述するように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
【００９１】
ここで、伝導電子をスピンの状態を保存したまま反射させるために、フリー磁性層１４と鏡面反射層Ｓ１との界面でポテンシャル障壁を形成すること、すなわち、フリー磁性層１４は良好な導電体であるのに対し、鏡面反射層Ｓ１は電気的に絶縁体であることが有効である。
【００９２】
この様な条件を満たす絶縁材料としては、酸化物が適用されることが好ましく、例えば、α−Ｆｅ2Ｏ3，ＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ，Ａｌ2Ｏ3，Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｏ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の酸化膜を採用することができる。このような酸化物絶縁材料によって、鏡面反射層Ｓ１を構成することができる。また、Ａｌ−Ｎ，Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ，Ｓｉ，Ｏ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される一種以上），Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗから選択される１種以上）等の窒化膜等を採用することも可能で、同様な効果を得ることができる。
また、鏡面反射層Ｓ１としてα−Ｆｅ2Ｏ3やＮｉＯなどの反強磁性体を用いた場合には、ハードバイアス層１７のかわりにフリー磁性層１４の磁化を図示Ｘ１方向に揃えて、バイアス層を兼ねることも可能となる。
【００９３】
ここで、フリー磁性層１４の前記非磁性導電層１３に接しない位置に鏡面反射層Ｓ１を積層すると、この鏡面反射層Ｓ１はフリー磁性層１４との界面においてポテンシャル障壁を形成し、フリー磁性層１４中を移動するアップスピンの伝導電子を、そのスピンの状態を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子を鏡面反射することが可能となり、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばすことができる。つまり、いわゆる鏡面反射効果（specular effect ）を発現させることが可能となり、スピンに依存した伝導電子における平均自由行程の行程差がさらに大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることができる。
【００９４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図２１に示す第２実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏するとともに、鏡面反射層Ｓ１が形成されているため、鏡面反射効果により磁気抵抗変化率（△Ｒ／Ｒ）をより向上させることができる。
【００９５】
また、フリー磁性層１４の磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【００９６】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第４実施形態］
図２４は、本発明の第４実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態においても、ボトム型（Bottom type ）のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned spin-valves）とされ、、図２１に示した第２実施形態と異なるところは、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２を設けた点、および、フリー磁性層に関する点である。それ以外、第２実施形態の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９７】
図２４において、符号Ｓ１，Ｓ２は、鏡面反射層である。
この鏡面反射層Ｓ１は、図２４に示すように、前記バックド層Ｂ１のフリー磁性層１４と反対側の上側に鏡面反射層Ｓ１が設けられ、図２４に示す第３実施形態と同様に、この鏡面反射層Ｓ１の上には、Ｔａなどで形成された保護層１５が形成されて、積層体１６が構成されている。
本実施形態においては、固定磁性層１２が多層膜からなる構造とされ、図２４に示すように、第２の固定磁性層１２Ｃが、鏡面反射層Ｓ２によってその膜厚方向（図２４における上下方向）に分断されて、三層からなる構造とされている。鏡面反射層Ｓ２の上下の固定磁性層１２Ｃ’，１２Ｃ”は、図１９に示す第１実施形態の固定磁性層１２Ｃと略同等の材質からなるものとされ、これら固定磁性層１２Ｃ’，固定磁性層１２Ｃ”の膜厚の合計が、図１９に示す第１実施形態の固定磁性層１２Ｃの磁気的膜厚と等しくなるよう設定されている。
【００９８】
鏡面反射層Ｓ２は、鏡面反射層Ｓ１と同様に、固定磁性層１２Ｃ”との界面付近においてポテンシャル障壁を形成し、非磁性導電層１３および固定磁性層１２Ｃ”を移動してきたアップスピンの伝導電子を、固定磁性層１２Ｃ”と鏡面反射層Ｓ２との界面付近においてスピンの状態を保存したまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をさらに延ばして、前述したように、いわゆる鏡面反射効果を示す。
また、鏡面反射層Ｓ２がフリー磁性層１４に対して磁気的相互作用が微小なため、フリー磁性層１４に対する磁気的影響を低減した状態で、鏡面反射層Ｓ１によって得られる鏡面反射効果と同等の鏡面反射効果を得ることができる。
【００９９】
図７，８は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ1 （０．２５，１８），点Ｅ1 （０．２３，２０），点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０），点Ｒ1 （０．２２，−２），点Ｓ1 （０．２５，−３）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１００】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｄ２ （０．２５，１０．５），点Ｅ２ （０．２３，１１），点Ｆ２ （０．２２，１２），点Ｇ２ （０．２，１３．５），点Ｈ２ （０．１７，１６），点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５），点Ｏ２ （０．１７，２），点Ｐ２ （０．２，１），点Ｑ２ （０．２２，０），点Ｒ２ （０．２３，−０．５），点Ｓ２ （０．２５，−１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１０１】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２２に示す第１，第２実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏するとともに、さらに、鏡面反射層Ｓ２を設けたことにより、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層１４の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１０２】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第５実施形態］
図２５は、本発明の第５実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、基板側から、フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が形成されたトップタイプ（Top type）とされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子の一種である。
【０１０３】
図２５において、符号１は、基板Ｋ上に設けられた下地層である。この下地層１の上には、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７が積層され、これら、下地層１、フリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３、反強磁性層２、保護層７は、断面略台形とされる積層体９を形成している。
この積層体９の両側には、バイアス下地層６Ａと、ハードバイアス層６Ｂと、中間層６Ｃとが積層され、中間層６Ｃには電極層８が積層されている。ハードバイアス層は、図において、Ｘ１方向に磁化されており、これにより、フリー磁性層の磁化方向が、Ｘ１方向に設定されている。
【０１０４】
さらに詳細に説明すると、前記反強磁性層２は、積層体９中央部分において、５０〜３００オングストローム程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【０１０５】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。ここで、特に規定しない限り〜で示す数値範囲の上限と下限は、以下、以上を意味する。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層２として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば、６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることができる。
これらの合金は、成膜したままでは不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ：格子定数がａ軸とｃ軸とで同じ値）であるが、熱処理により、ＣｕＡｕＩタイプの規則系の面心正方構造（ｆｃｔ：ａ軸／ｃ軸≒０．９）に構造変態する。
【０１０６】
固定磁性層３は、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、１０〜５０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、固定磁性層３は、例えばＣｏからなりその膜厚が３０オングストロームに設定される。
この固定磁性層３は、反強磁性層２に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記固定磁性層３と反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図２５に示すように、前記固定磁性層３の磁化が、図示Ｙ方向に固定される。
【０１０７】
前記フリー磁性層５は、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ系合金からなる単層あるいはＣｏＦｅ等のＣｏ合金とＮｉＦｅ合金の積層膜とされ、その膜厚が、１０〜５０オングストロームの範囲に設定され、より好ましくは、２０〜３５オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。
【０１０８】
図９，１０は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図９に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｆ1 （０．１９，２０），点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１），点Ｑ1 （０．１９，０）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１９μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１０９】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１０に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｅ2 （０．２３，１１），点Ｆ2 （０．２２，１２），点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１），点Ｑ2 （０．２２，０），点Ｒ2 （０．２３，−０．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１１０】
非磁性導電層４は、Ｃｕ（銅）等からなり、その膜厚は、２０〜３０オングストロームに設定される。
保護層７は、Ｔａからなり、その表面が、酸化された酸化層７ａとされている。
【０１１１】
バイアス下地層６Ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層６Ｃは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層６Ａおよび中間層６Ｃが、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能することにより、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂと周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの磁気特性が劣化することを防止することができる。
【０１１２】
前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、通常、２００〜７００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂが、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層５の変動磁化と前記固定磁性層３の固定磁化とが９０度で交差する関係となっている。
【０１１３】
前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置され、前記フリー磁性層５の膜厚方向に前記フリー磁性層５の膜厚よりも大きな膜厚とされることが好ましい。また、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの上面（基板Ｋに対向する面と反対側の面）は、フリー磁性層５の上面（基板Ｋに対向する面と反対側の面）よりも基板Ｋから離れた位置に（すなわち、図では上側に）配置され、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの下面は、前記フリー磁性層５の下面と略等しいかフリー磁性層５の下面よりも基板Ｋ側の位置に（すなわち、図では下側に）配置されている。前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂは、前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置さられて前記積層体９と接合されているが、ここで、「前記フリー磁性層５と同じ階層位置に配置されて前記積層体９と接合され」とは、少なくともハードバイアス層６Ｂ，６Ｂとフリー磁性層５とが磁気的に主に接合されている状態を意味し、前記ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂと前記フリー磁性層５との接合部分の厚さが、前記フリー磁性層５の膜厚に等しいかこのフリー磁性層５の膜厚よりも薄い状態も含まれる。また、ここで、ハードバイアス層６Ｂ，６Ｂの上面とは、基板Ｋ側と反対側の面を意味している。さらに、「接合」とは、磁気的に主に接合されていればよく、直接接触して接続することのみならず、例えばバイアス下地層６Ａ、中間層６Ｃ等を介して積層体９と接続されることをも意味している。
【０１１４】
電極層８，８が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されたことにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層８，８としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層６Ｃ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０１１５】
図２５に示す構造のスピンバルブ型薄膜磁気素子においては、電極層８，８から積層体９にセンス電流を与えられる。磁気記録媒体から図示Ｙ方向に磁界が印加されると、フリー磁性層５の磁化は、図示Ｘ１方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層４とフリー磁性層５との界面および非磁性導電層４と固定磁性層３との界面で、いわゆるＧＭＲ効果によってスピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１１６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２４に示す第１ないし第４実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同等の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１１７】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第６実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第６実施形態］
図２６は、本発明の第６実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に説明した図２５に示す第５実施形態のものと略同等のトップタイプ（Top type）とされるシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされ、対応する構成には、同一の符号を付けその説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図２５に示す第５実施形態と異なる点は、固定磁性層が、第１の固定磁性層と、前記第１の固定磁性層に非磁性中間層を介して形成され、前記第１の固定磁性層の磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第２の固定磁性層と、を有し、固定磁性層が合成フェリ磁性状態とされてなる手段、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされた点である。
【０１１９】
本実施形態においては、Ｃｕ（銅）等からなる非磁性導電層４の上に、固定磁性層３Ａ，３Ｂ，３Ｃが形成されている。
この固定磁性層３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、非磁性導電層４の上に積層された第２の固定磁性層３Ｃと、前記第２の固定磁性層３Ｃの上に非磁性中間層３Ｂを介して形成され、前記第２の固定磁性層３Ｃの磁化方向と反平行に磁化方向が揃えられた第１の固定磁性層３Ａとからなる。
この第１の固定磁性層３Ａの上には、ＰｔＭｎ合金からなる反強磁性層１３が形成される。
第１および第２の固定磁性層３Ａ，３Ｃは、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、両者の合計が４０オングストローム程度の厚さとされることが好ましく、第１の固定磁性層３Ａは、例えばＣｏからなりその膜厚が１３〜２０オングストロームに設定され。第２の固定磁性層３Ｃは、例えばＣｏからなりその膜厚が１５〜２５オングストロームに設定される。
また、前記非磁性中間層３Ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金で形成されていることが好ましく、通常、８オングストローム程度の厚さに形成されている。
【０１２０】
この第１の固定磁性層３Ａは、反強磁性層２に接して形成され、磁場中アニール（熱処理）を施すことにより、前記第１の固定磁性層３Ａと反強磁性層２との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば図に示すように、前記第１の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定される。前記第１の固定磁性層３Ａの磁化が、図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３Ｂを介して対向する第２の固定磁性層３Ｃの磁化は、第１の固定磁性層３Ａの磁化と反平行の状態、つまり、図示Ｙ方向と逆方向に固定される。
図２６に示すように、これら下地層１から酸化層７ａまでの各層により、略台形状の断面形状を有する積層体９１が構成されている。
【０１２１】
図１１，１２は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ1 （０．１８，２０），点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２），点Ｐ1 （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１８μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１２２】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層５の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｇ2 （０．２，１３．５），点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２），点Ｐ2 （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．２μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１２３】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２５に示す第１ないし第５実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。また、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、特に薄いフリー磁性層を用いた時の再生波形の非対称性（Asymmetry ）が防止できるとともに、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１２４】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第７実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第７実施形態］
図２７は、本発明の第７実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子は、フリー磁性層を中心としてその膜厚方向両側に非磁性導電層、固定磁性層、および反強磁性層がそれぞれ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型（Dual spin-valves）とされる。このデュアルスピンバルブ型薄膜磁気素子では、磁気抵抗効果を発現するフリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層のこの３層の組合わせが２組存在するためシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子に比べて大きな△Ｒ／Ｒを期待でき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
【０１２５】
図２７に示すスピンバルブ型薄磁気膜素子は、基板側から下地層３０、反強磁性層３１、第１の固定磁性層（下）３２、非磁性中間層（下）３３、第２の固定磁性層（下）３４、非磁性導電層３５、フリー磁性層３６、非磁性導電層４０、第２の固定磁性層（上）４１、非磁性中間層（上）４２、第１の固定磁性層（上）４３、反強磁性層４４、および保護層４５の順で積層されている。なお図７に示すように、下地層３０から保護層４５までの積層体４６の両側には、バイアス下地層１３０ａ、ハードバイアス層１３０、中間層１３１ａ、電極層１３１が形成されている。
【０１２６】
図２７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子の反強磁性層３１，４４は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましく、あるいはＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上の元素である）合金、あるいは、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ´（ただしＸ´は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で形成されていてもよい。
【０１２７】
前記フリー磁性層３６は、前述した図１９〜図２６に示す第１〜第６実施形態と同様に、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ系合金からなる単層あるいはＣｏＦｅ等のＣｏ合金とＮｉＦｅ合金の積層膜とされ、その膜厚が、１０〜５０オングストローム程度の厚さの範囲に設定され、より好ましくは、２０〜３５オングストロームの範囲に設定されることが好ましい。
【０１２８】
図１３，１４は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気記録トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の素子高さ方向の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ1 （０．１７，２０），点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５），点Ｏ1 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１２９】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｈ2 （０．１７，１６），点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５），点Ｏ2 （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１７μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を更に効果的に抑制する上でと、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１３０】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子においても、前記第１の固定磁性層（下）３２の膜厚ｔＰ1と、第２の固定磁性層（下）３４の膜厚ｔＰ2との膜厚比、および第１の固定磁性層（上）４３の膜厚ｔＰ1と第２の固定磁性層４１（上）の膜厚ｔＰ2との膜厚比（第１の固定磁性層の膜厚ｔＰ1）／（第２の固定磁性層の膜厚ｔＰ2）は、０．３３〜０．９５、あるいは１．０５〜４の範囲内であることが好ましい。さらには、膜厚比が上記範囲内であり、第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３の膜厚ｔＰ1および第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の膜厚ｔＰ2が１０〜７０オングストロームの範囲内で、かつ第１の固定磁性層３２，４３の膜厚ｔＰ1から第２の固定磁性層３４，４１の膜厚ｔＰ2を引いた絶対値が２オングストローム以上であると、４０ｋＡ／ｍ以上の交換結合磁界を得ることが可能である。
なお第１の固定磁性層（下）３２，（上）４３と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１との膜厚比や膜厚、非磁性中間層（下）３３，（上）４２の膜厚、および反強磁性層３１，４４の膜厚を上述した範囲内で適正に調節することにより、充分な△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）を保つことができる。
【０１３１】
バイアス下地層１３０ａは、緩衝膜および配向膜であり、Ｃｒなどで形成されることが好ましく、例えば、２０〜１００オングストローム程度、好ましくは５０オングストローム程度の厚さとされ、中間層１３１ａは、例えばＴａからなり５０オングストローム程度の膜厚とされる。
これらバイアス下地層１３０ａおよび中間層１３１ａにより、後工程のインダクティブヘッド（書込ヘッド）の製造プロセスでおこなう絶縁レジストの硬化工程（ＵＶキュアまたはハードベーク）等で高温に曝される場合に、拡散バリアーとして機能し、ハードバイアス層１３０，１３０と周辺層の間で熱拡散がおこり、ハードバイアス層１３０，１３０の磁気特性が劣化することおよび、電極層１３１，１３１と周辺層の間で熱拡散がおこり、電極層１３１，１３１の特性が劣化することを防止することができる。
【０１３２】
前記ハードバイアス層１３０，１３０は、通常、２００〜８００オングストローム程度の厚さとされ、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金などで形成されることが好ましい。
また、前記ハードバイアス層１３０，１３０が、図示Ｘ１方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層３６の磁化が、図示Ｘ１方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層３６の変動磁化と第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の固定磁化とが略９０度で交差する関係となっている。このハードバイアス層１３０，１３０はフリー磁性層３６と磁気的に結合されていればよく、このハードバイアス層１３０からの固定磁性層３２，３４，４１，４３への影響を低減するために、例えば、膜厚方向における配置位置をフリー磁性層３６と略等しい位置に規定することもできる。
【０１３３】
電極層１３１，１３１が、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗから選択される１種またはそれ以上からなる単層膜もしくはその多層膜で形成されたことにより、抵抗値を低減することができる。ここでは、電極層１３１，１３１としてＣｒが選択されて、Ｔａからなる中間層１３１ａ上にエピタキシャル成長することにより形成されることにより電気抵抗値を低減することができる。
【０１３４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２６に示す第１ないし第６実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。また、いわゆる、シンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）としたことにより、再生波形の非対称性（Asymmetry ）が低減されるとともに、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
また、フリー磁性層５の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１３５】
以下、本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子、およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドの第８実施形態を、図面に基づいて説明する。
［第８実施形態］
図２８は、本発明の第８実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に説明した図２７に示す第７実施形態のものと略同等のシンセティックフェリピンド型（synthetic-ferri-pinned type ）とされるデュアルシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子とされ、対応する構成には、同一の符号を付けその説明を省略する。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子において、図２７に示す第７実施形態と異なる点は、第２の固定磁性層（下）３４，（上）４１の一部に、強磁性絶縁材料からなる鏡面反射層５１，５２を設けた点である。
【０１３６】
この鏡面反射層５１，５２はともに、図２４に示す第４実施形態における鏡面反射層Ｓ１に対応して鏡面反射効果により大きな△Ｒ／Ｒ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができるもので、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】
図１５，１６は、本実施形態における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との範囲を示す図である。
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ1 （０．１５，２０），点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５），点Ｎ1 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１３８】
本実施形態において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層３６の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｉ2 （０．１５，１７．５），点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５），点Ｎ2 （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１５μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上でと、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１３９】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子によれば、図１９ないし図２７に示す第１ないし第７実施形態におけるスピンバルブ型薄膜素子と同様の効果を奏することができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上して、狭トラック化、高記録密度化に対応することが可能となる。
また、フリー磁性層３６の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とが、上記の値に設定されているために再生波形の歪みや不安定性（instability ）を増加させることなしに、狭いトラック幅のヘッドにおいても必要な再生出力を確保することができる。
【０１４０】
なお、本発明においては、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、他の実施形態のフリー磁性層における磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と磁歪λｓ（×１０-6）とを適用することが可能である。さらに、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１７に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ1 （０．１３，２０），点Ｋ1 （０．１，２０），点Ｌ1 （０．１，９），点Ｍ1 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）を抑制しつつ必要な再生出力を確保する上でより好ましい。
【０１４１】
さらに、上記の各実施形態におけるフリー磁性層５，１４，３６において、前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とが、添付図面図１８に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ｊ2 （０．１３，２０），点Ｋ2 （０．１，２０），点Ｌ2 （０．１，９），点Ｍ2 （０．１３，５）で囲まれる範囲内の値に設定されることができ、この範囲であると、特に、０．１３μｍ以下の再生トラック幅のヘッドにおいて、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をさらに効果的に抑制する上と、磁気的な実効再生トラック幅の制御の上で好適なハードバイアス層の残留磁化×膜厚積にハードバイアス層を設定しつつ、必要な再生出力を確保する上で、より好ましい。
【０１４２】
次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳しく説明する。
図３０は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
この薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図３０において符号２３５で示す側がディスク面の移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ２５１のトレーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が設けられている。
【０１４３】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図３１および図３２に示す構造の複合型磁気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて構成されている。
【０１４４】
この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねるスライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されている。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャップ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７が形成されている。この上部シールド層２５７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
このＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【０１４５】
前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられている。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要なものである。
【０１４６】
また、インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂにて、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図３１および図３２に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６９が設けられている。
【０１４７】
このようなインダクティブヘッドｈ２では、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２６６からコア層に記録磁束が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
【０１４８】
本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図３１に示す磁性材料製の下部シールド層２５３上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果素子層２５４を形成する前記スピンバルブ型薄膜素子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の上に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成する。
続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気へッドとされる。
【０１４９】
このような薄膜磁気へッドは、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとなる。
【０１５０】
なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成およびインダクティブヘッドの構成は、図３０〜図３２に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスライダおよびインダクティブヘッドを採用することができるのは勿論である。
【０１５１】
（実施例）
本発明では、スピンバルブ型薄膜磁気素子において、トラック幅寸法Ｔｗと、フリー磁性層における磁歪λｓと、再生出力との関係について測定した。
実験に使用したスピンバルブ型薄膜磁気素子は、図２１に示す第２実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
ここで、積層体における各層の膜厚は、下から
ＰｔＭｎ１１０／Ｃｏ１５／Ｒｕ８／Ｃｏ２５／Ｃｕ２４／Ｃｏ５／ＮｉＦｅ／Ｃｕ１５／Ｔａ１１（各数字はそれぞれの膜厚のオングストローム単位に対応する）
に設定されている。
【０１５２】
まず、このスピンバルブ型薄膜磁気素子において、
１．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝２２Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚３．６ｎｍ（丸数字１）
２．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝１４Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚３．６ｎｍ（丸数字２）
３．ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝１４Ｔ・ｎｍ
フリー磁性層膜厚２．５ｎｍ（丸数字３）
に設定したものにおいて、それぞれ、トラック幅寸法として、０．１５μｍ，０．２２μｍ，０．３μｍ，０．４μｍ，のものを作成し、同時に、このときのフリー磁性層の磁歪λｓを変化させて、出力を測定した。
このときの外部からの磁気信号の発生源となる磁気記録媒体としては、
磁気記録層の残留磁化×膜厚Ｍｒ・ｔ＝５Ｔ・ｎｍ
保磁力２９６ｋＡ／ｍ
残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔ＝５Ｔ・ｎｍ
かつ、センス電流の大きさを５ｍＡとした。
そして、これらの再生出力のうち１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が実用下限値（ａ）１．２ｍＶを上回り、かつ、実用上限値（ｂ）２．０ｍＶを下回った範囲をピックアップした。
その結果を、図２９に示す。
【０１５３】
これによれば、図１〜図１８に示す範囲に磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗと、前記フリー磁性層の素子高さ方向の磁歪λｓを設定することにより、再生出力が適正な範囲に設定されていることがわかる。
そして、トラック幅Ｔｗが狭くなるほど適正なフリー磁性層の磁歪λｓはプラス符号側に大きくなる方向に変化する傾向は（丸数字１）〜（丸数字３）のどの場合も一致している。
ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積およびフリー磁性層の厚みが比較的大きく設定された（丸数字１）の場合には、比較的大きな磁歪に設定しないと再生出力が確保されないため適正な再生出力の範囲となるためのフリー磁性層の磁歪の範囲は比較的プラス符号の側に大きくなる傾向がある。一方、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積およびフリー磁性層の厚みが比較的小さく設定された（丸数字３）の場合には、比較的小さな磁歪でも出力が確保できる一方で、あまり磁歪が大きすぎると再生波形の歪みや不安定性（instability ）の発生確率が増加するため、適正な再生出力の範囲とするためのフリー磁性層の磁歪の範囲は比較的マイナス符号の側にずれる傾向がある。（丸数字２）の場合は、（丸数字１）と（丸数字３）の中間的な範囲となる。
【０１５４】
【発明の効果】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッドによれば、以下の効果を奏する。
（１） トラック幅寸法Ｔｗを０．４μｍ以下に設定することにより、フリー磁性層にはハードバイアス層から距離的に離れている部分がないため、再生トラック幅が０．４μｍより広い場合に比較して、トラック幅方向においてフリー磁性層へ前記ハードバイアス層からの影響が大きく変動することが防止される。同時に、フリー磁性層の磁歪λｓを設定することで、逆磁歪効果により、作用する引張応力の方向に磁化が向きやすくなり、磁気異方性が現出し、素子高さ方向（ハイト方向）を磁化容易軸とすることができるため、磁気記録媒体からの磁界に対してフリー磁性層の磁化を感度よく回転させ、再生出力を向上することができる。この場合、前述したようにトラック幅Ｔｗが０．４μｍ以下に設定されることでトラック幅方向の位置によるハードバイアス磁界の分布が小さいために、トラック幅方向において、フリー磁性層の変動磁化の回転容易性が大きな分布を有し、磁壁ができて磁区が不安定になることをトラック幅が広い場合と比較して防止することができる。
このため、フリー磁性層には、トラック幅方向において、感度のばらつく領域が形成されることがなく、フリー磁性層内に磁壁ができて単磁区化が妨げられ、磁化の不均一が発生し、スピンバルブ型薄膜素子において、磁気記録媒体からの信号の処理が不正確になる不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生することを防止することができる。
【０１５５】
（２） 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層１４の磁歪λｓ（×１０-6）とを、添付図面図１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ1 〜点Ｖ1 で囲まれる範囲内の値に設定することにより、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性を低減することができる。また、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性が増加することを防止することができる。一方、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されることが防止でき、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転し、検出感度を向上することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわることを防止することができる。
【０１５６】
（３） 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを、添付図面図２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、点Ａ2 〜点Ｖ2 で囲まれる範囲内の値に設定することにより、フリー磁性層内に磁壁ができて不安定性（instability ）の原因となるバルクハイゼンノイズ等が発生する可能性を低減することができる。同時に、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を磁気的な実効再生トラック幅の制御性の上で好適な値に設定した状態で、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用上限値約２．０ｍＶを上まわってしまい再生波形の不安定性（instability ）が増加する可能性を低減することができる。また、フリー磁性層における保磁力が４００Ａ／ｍ程度以上になり、フリー磁性層の軟磁気特性が低下し、再生波形の歪みや不安定性（instability ）が増加することを防止することができる。一方、ハードバイアス層の残留磁化×膜厚積を、再生波形の歪みや不安定性（instability ）をより効果的に抑制する上で好適な値に設定した状態で、フリー磁性層の変動磁化がハードバイアス層に必要以上に強固に固定されることが防止でき、印加される外部磁界に対して、感度好く変動磁化が回転し、再生感度を向上することができる。すなわち、スピンバルブ型薄膜磁気素子の低周波数帯における再生出力が実用下限値１．２ｍＶを下まわることを防止することができる。
【０１５７】
（４） 再生トラック幅Ｔｗが変化すると、フリー磁性層に作用するハードバイアス層からの磁界も変化することになり、トラック幅寸法に応じて好適なフリー磁性層の磁歪の範囲が変化することになる。本発明では、種種のトラック幅方向寸法毎で好適なフリー磁性層の磁歪の範囲を規定することで、再生波形の歪みや不安定性の防止と必要十分な再生出力の領地を図ることができる。
（５） 上記により、磁歪のコントロールを図ることができ、スピンバルブ型薄膜素子において狭トラック化に対応し出力特性の向上を図ることができる。
（６） 上記のようなスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１０】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）とを設定する範囲を示すグラフである。
【図１９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子の第１実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２０】 図１９のスピンバルブ型薄膜磁気素子におけるフリー磁性層１４に等しい階層で図１９におけるＸ１−Ｙ平面を示す断面図である。
【図２１】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第２実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２２】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の他の実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２３】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第３実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２４】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第４実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２５】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第５実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２６】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第６実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２７】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第７実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２８】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜素子の製造方法の第８実施形態を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２９】 本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子において、再生出力の下限値および上限値に対する、磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０-6）との関係を示すグラフである。
【図３０】 本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
【図３１】 図３０に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア部を示した断面図である。
【図３２】 図３０に示した薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図３３】 従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面（ＡＢＳ面）側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図３４】 図３３に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
【図３５】 図３３に示すスピンバルブ型薄膜磁気ヘッドのトラック幅方向における出力分布を示す模式グラフである。
【図３６】 フリー磁性層に磁壁ができた状態を示す図である。
【図３７】 スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
【図３８】 スピンバルブ型薄膜素子の出力波形を示すグラフである。
【図３９】 スピンバルブ型薄膜磁気素子の積層体に占める感度領域と不感領域との測定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
Ｋ，１０…基板
１…下地層
１１，２…反強磁性層
３，１２…固定磁性層
３Ａ，１２Ａ…第１の固定磁性層
３Ｂ，１２Ｂ…非磁性中間層
３Ｃ，１２Ｃ…第２の固定磁性層
４，１３…非磁性導電層
５，１４…フリー磁性層
７，１５…保護層
９，１６，９１…積層体
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，１７…ハードバイアス層
１７ｂ…上面
８，１８…電極層
Ｂ１…バックド層
Ｓ１，Ｓ２…鏡面反射層
３０…下地層
３１…反強磁性層
３２…第１の固定磁性層（下）
３３…非磁性中間層（下）
３４…第２の固定磁性層（下）
３５…非磁性導電層
３６…フリー磁性層
４０…非磁性導電層
４１…第２の固定磁性層（上）
４２…非磁性中間層（上）
４３…第１の固定磁性層（上）
４４…反強磁性層
４５…保護層
４６…積層体
５１，５２…鏡面反射層
１３０ａ…バイアス下地層
１３０…ハードバイアス層
１３１ａ…中間層
１３１…電極層
Claims (10)
- 基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１１に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｇ１ （０．１８，２０），点Ｈ１ （０．１７，２０），点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５），点Ｏ１ （０．１７，２），点Ｐ１ （０．１８，１）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、
前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、
２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、
１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成され、前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ磁化方向が揃えられたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の磁化方向を前記固定磁性層の磁化方向と交差する方向へ揃えるためのハードバイアス層と、前記固定磁性層，前記非磁性導電層，前記フリー磁性層付近に検出電流を与える一対の電極層とを有する素子であって、
磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１２に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｇ２ （０．２，１３．５），点Ｈ２ （０．１７，１６），点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５），点Ｏ２ （０．１７，２），点Ｐ２ （０．２，１）で囲まれる範囲内の値に設定され、かつ、
前記ハードバイアス層の残留磁束密度×膜厚Ｂｒｔと、フリー磁性層膜厚とが、
２２Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、３．６ｎｍかまたは、
１４Ｔ・ｎｍ、２．５ｎｍに設定されるとともに、
１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の低周波数帯における再生出力が１．２〜２．０ｍＶの範囲とされることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１３に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｈ１ （０．１７，２０），点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５），点Ｏ１ （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項１記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１４に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｈ２ （０．１７，１６），点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５），点Ｏ２ （０．１７，２）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項２記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１５に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｉ１ （０．１５，２０），点Ｊ１ （０．１３，２０），点Ｋ１ （０．１，２０），点Ｌ１ （０．１，９），点Ｍ１ （０．１３，５），点Ｎ１ （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項３記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 前記磁気再生トラック幅方向寸法Ｔｗ（μｍ）と、前記フリー磁性層の磁歪λｓ（×１０−６）とが、添付図面図１６に各点（Ｔｗ，λｓ）で示すように、
点Ｉ２ （０．１５，１７．５），点Ｊ２ （０．１３，２０），点Ｋ２ （０．１，２０），点Ｌ２ （０．１，９），点Ｍ２ （０．１３，５），点Ｎ２ （０．１５，３．５）で囲まれる範囲内の値に設定されることを特徴とする請求項４記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。 - 前記基板上には、前記各層が、少なくとも前記反強磁性層、前記固定磁性層、前記非磁性導電層、前記フリー磁性層の順に積層されてなることを特徴とする請求項１から６のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記反強磁性層が、Ｘ−Ｍｎ合金，Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’合金（ただし前記組成式において、ＸはＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ、Ｏｓのなかから選択される１種を示し、Ｘ’はＰｄ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒのなかから選択される１種または２種以上を示す）のいずれかからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 前記固定磁性層とフリー磁性層との少なくとも一方が非磁性層を介して２つに分断され、分断された層どうしで磁化の向きが１８０゜異なるフェリ磁性状態とされてなることを特徴とする請求項１から８のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
- 請求項１から９のいずれか記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えたことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
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