JP4659555B2

JP4659555B2 - 磁気ヘッド及び光アシスト磁気再生装置

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Publication number: JP4659555B2
Application number: JP2005232683A
Authority: JP
Inventors: 純一佐藤; 泰史荻本; 善照村上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP2007048393A

Description

本発明は、光と磁気により記録または再生を行う光アシスト磁気再生装置に使用可能な磁気ヘッド、及び、この磁気ヘッドを用いた光アシスト磁気再生装置に関する。

光と磁気により、記録または再生を行う磁気記録方式としては、例えば下記特許文献１には、略室温に補償点を有するｎ形フェリ磁性体の磁気記録媒体およびこれを用いたレーザ光による光アシスト記録再生方式が開示されている。

この特許文献１に開示された記録方式では、記録媒体の記録領域にレーザ光を照射して昇温させ、その照射部分の保磁力を十分に低下させた状態で、磁気ヘッドによって外部磁場を加え、所望の情報を磁化情報として記録媒体に記録している。つまり、記録ビットは、レーザ照射領域と外部磁場とを加えた領域とが重なる部分に形成される。そして、幅広の磁気ヘッドを用いて、光ビームによる微小な昇温領域幅と同程度の幅狭のトラックに所望の情報が記録される。また、再生時においても、再生領域がレーザ光を照射されて昇温し、残留磁化の強度が大きくなった状態において、再生ヘッド（磁気センサ）によって記録された情報を読み出す。このとき、再生領域は、レーザ照射領域と再生ヘッド幅とが重なる部分である。よって、レーザ照射領域が幅狭であるため、トラックピッチが小さく且つ再生ヘッドが幅広である場合でも、各トラックに記録された情報を正確に再生することが可能となる。なお、記録・再生において光ビームとして近接場光を用いることにより、前述した昇温領域は、数十ｎｍ以下とすることが可能である。また、前述した磁気センサとしては、例えばＧＭＲやＴＭＲに代表される磁気抵抗効果素子が用いられる。

一方、磁性半導体のｐｎ接合を利用した磁気センサが下記特許文献２に記載されている。特許文献２には、ｐ型磁性半導体とｎ型磁性半導体とを用いることにより、整流作用を有するトンネル磁気抵抗効果素子が提案されているとともに、この提案によって、ＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）の部品数低減が可能であることが開示されている。また、下記非特許文献１には、スピン偏極したｐｎ接合についての理論が記載されている。

特開平４−１７６０３４号公報特開２００４−２２９０４号公報 Physical Review B, Vol 64, 121201 ２００１年

上記特許文献１，２に記載の磁気センサには、磁気検出を行うためにセンス電流を流す必要がある。また、非特許文献１のｐｎ接合を用いた磁気センサでも同様であると考えられる。これら磁気センサは、抵抗値が自身の磁化方向により変化するため、その抵抗変化率から磁場の検出を可能としているものである。これらのような磁気センサにおいては低消費電力駆動が望まれているが、上述したセンス電流が消費電力の大部分を占めていることから、本発明者らは、このセンス電流に係る消費電力の削減に着目し、本発明を完成させるに至った。

したがって、本発明の目的は、低消費電力駆動が可能な磁気ヘッド及び磁気再生装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明による磁気ヘッドは、互いに対向した一対の磁性体層を含むものであって、光を受光し昇温された媒体の磁化情報を、媒体からの漏洩磁界を検出することによって読み取る磁気センサを備えており、前記磁気センサの前記一対の磁性体層間に電流が流れるような起電力を発生する第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層とを含む太陽電池が構築されているとともに、前記一対の磁性体層が前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層からなっており、前記第１のｐ型半導体層に対する前記ｎ型半導体層の磁化方向の関係によって前記磁気センサに抵抗差が生じるものである。また、本発明による光アシスト磁気再生装置は、この磁気ヘッドと、媒体及び前記磁気センサにおける前記太陽電池が受光する光を放射する光源とを有している。

別の観点から、本発明による磁気ヘッドは、光を放射する光源と、互いに対向した一対の磁性体層を含むものであって、前記光源が放射した光を受光し昇温された媒体の磁化情報を、媒体からの漏洩磁界を検出することによって読み取る磁気センサとを備えており、前記光源が放射した光を受光するものであって、前記磁気センサの前記一対の磁性体層間に電流が流れるような起電力を発生する第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層とを含む太陽電池が構築されているとともに、前記一対の磁性体層が前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層からなっており、前記第１のｐ型半導体層に対する前記ｎ型半導体層の磁化方向の関係によって前記磁気センサに抵抗差が生じるものである。また、本発明による光アシスト磁気再生装置は、この磁気ヘッドを有している。

上記構成によると、光源から直接又は間接的に照射される光を太陽電池で受光し、この太陽電池で発生した起電力を用いて磁気センサの一対の磁性体間に電流を流すことによって媒体の磁化情報を読み取ることができるため、媒体を加熱するために光源から放射された光が有効活用された低消費電力の磁気ヘッド及び磁気再生装置を提供できる。
また、一対の磁性体層が第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層からなっているので、太陽電池の役割を併せ持った磁気センサを有する小型の磁気ヘッドを提供できる。

前記太陽電池の前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に、前記第１のｐ型半導体層よりも不純物濃度が低い第２のｐ型半導体層が挟まれていることが好ましい。これにより、第２のｐ型半導体層が真性半導体層に近似する働きをするので、光吸収量が向上する。その結果として、第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層との間にスピン偏極した光電流量が多く流れるため、第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層とが接合しているだけの場合に比べて、磁気センサの信号品質（Ｓ／Ｎ比）が向上する。

本発明による磁気ヘッドは、前記第２のｐ型半導体層における不純物濃度が、前記第１のｐ型半導体層に近づくほど増加していることが好ましい。これにより、第２のｐ型半導体層が、電位勾配及び磁化を同時に有した層となるので光吸収量が増加する。その結果として、スピン偏極した光電流量がさらに多くなるので、不純物濃度を変化させないものに比べて、磁気センサの信号品質（Ｓ／Ｎ比）がより向上する。

本発明による磁気ヘッドは、前記第２のｐ型半導体層の厚みが１ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましい。これにより、磁気センサの応答速度を損なわずに、十分な光電流量を得ることができる。

本発明による磁気ヘッドは、前記太陽電池の前記第１のｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に、非磁性層が挟まれていることが好ましい。これにより、磁化自由層と磁化固定層との磁気結合を切断すること又は弱めることができるので、磁化自由層内の磁化方向がより自由に回転できる。したがって、磁気センサの感度が向上する。

本発明による磁気ヘッドは、前記非磁性層の厚みが１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。これにより、磁気結合を十分に分断でき、かつ、スピン緩和も小さく抑えることができる。

本発明による光アシスト磁気再生装置は、前記磁気センサに逆バイアス電圧を印加する回路をさらに有することが好ましい。これにより、第１のｐ型磁性半導体層とｎ型磁性半導体層との間の電位勾配が大きくなるため、逆バイアス電圧を印加しないものに比べて、磁気センサの感度や応答速度を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態に係る磁気ヘッド及び光アシスト磁気再生装置について説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気ヘッドの模式断面図である。図１に示すように、本実施形態の磁気ヘッド１においては、基板１１上に半導体レーザ層１２、ｎ型磁性半導体層１３、非磁性層１４、ｐ型磁性半導体層１５が、これらの順に積層されている。なお、ｎ型磁性半導体層１３、非磁性層１４、及びｐ型磁性半導体層１５は、太陽電池、かつ、磁気センサ１６として機能する。

基板１１としては、その上部に形成する半導体レーザ層１２にあわせたものが好ましく、かつ強度の高いものを用いるのが好ましい。例えば半導体レーザ層１２にＧａＮ系半導体レーザを用いる場合は、基板１１には、サファイア、ＧａＮ（窒化ガリウム）もしくはＳｉ（シリコン）等を用いることができる。また、基板１１にこれらを用いた場合、加工すればスライダとして用いることができる。

半導体レーザ層１２としては、後述する磁気センサ１６の再生分解能を高くするためにも、ＧａＮ系などの短波長レーザ光を放射するものを用いることが好ましい。これにより、磁気記録媒体への集光が行いやすく、また、磁気センサ１６の光吸収も大きくすることができる。また、比較的長波長のＧａＡｓ系レーザ光を放射する光源を用いることもできる。この場合は近接場光を利用することにより分解能をあげることができる。また、この場合は後述する磁気センサ１６におけるｎ型磁性半導体層１３及びｐ型磁性半導体層１５にもＧａＡｓ系のバンドギャップの比較的小さな材料を用いると良い。なお、半導体レーザ層１２には、従来公知の構成のものを用いることができる。

磁気センサ１６は、ｎ型磁性半導体層１３と、非磁性層１４と、ｐ型磁性半導体層１５とが積層形成されているものである。非磁性層１４は、ｎ型磁性半導体層１３とｐ型磁性半導体層１５との磁気結合を分断し又は弱め、磁気センサ感度を上げるために、ｎ型磁性半導体層１３とｐ型磁性半導体層１５との間に形成されている。

ｎ型磁性半導体層１３、ｐ型磁性半導体層１５の材料としては、室温で動作可能とするためにも例えばＧａＮ、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等のワイドギャップ半導体にＭｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）等の磁性不純物をドーピングした半導体を用いることが好ましい。そして、例えば半導体レーザ層１２にＧａＮを用いる場合は、ｎ型磁性半導体層１３を形成するにはＣｒを、ｐ型磁性半導体層１５を形成するにはＭｎを磁性不純物とすればよい。

また、ｎ型磁性半導体層１３、ｐ型磁性半導体層１５のうちどちらが磁化固定層であってもかまわない。磁化固定層の見かけ上の保磁力を向上させるため、反強磁性層（図示せず）を磁化固定層に接するように積層形成していわゆるスピンバルブ構造としてもよい。ここで、例えば、ｐ型磁性半導体層１５を磁化固定層とする場合は、ｐ型磁性半導体層１５に接するように反強磁性層を積層形成すればよい。この場合、ｎ型磁性半導体層１３が磁化自由層となるわけだが、この磁化自由層の層厚としては、再生分解能を高く保つためにも１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。これにより、磁気結合を十分に分断でき、かつ、スピン緩和も小さく抑えることができる。

なお、半導体レーザ層１２への電力供給と、磁気センサ１６からの起電力検出を行うために、半導体レーザ層１２とｎ型磁性半導体層１３との間に電極層（図示せず）を形成することができる。このような電極層には通常、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの電気抵抗が小さく、かつオーミック接合可能な金属が用いられる。

次に、上述した磁気ヘッド１の磁気センサ１６の動作原理を、図２を用いて説明する。図２は、図１の磁気センサ１６のエネルギーバンド図であって、ε_Fはフェルミレベルを示す。本実施形態では、ｎ型磁性半導体層１３が磁化自由層、ｐ型磁性半導体層１５が磁化固定層の場合について説明する。

半導体レーザ層１２は、記録媒体の記録または再生しようとする領域を局所加熱（光アシスト）するためのものであるが、アシスト光が媒体に照射される際、半導体レーザ層１２から直接、もしくは間接的（媒体からの反射、散乱などによる）に磁気センサ１６にもアシスト光が照射される。その際いわゆる太陽電池の原理（もしくは光電効果）により光電流２２が発生する。ここでｐ型磁性半導体層１５（磁化固定層）部分で生成した電子は、ｐ型磁性半導体層１５（磁化固定層）と同じ磁化方向にスピン偏極している。このスピン偏極した電子は、非磁性層１４及びその近傍２１に形成される電位勾配により、ｎ型磁性半導体層１３（磁化自由層）に向かいスピン電流として移動する。このときｎ型磁性半導体層１３との磁化方向の関係により電気抵抗に差が生じる。すなわち磁化方向が反対の場合は、同じ場合に比べて抵抗が大きい。これはいわゆるスピン依存性散乱効果によるためであり、流れ込む電子のスピン方向とｎ型磁性半導体層１３（磁化自由層）のスピンの方向とが違う場合は、電子が散乱を受けるため、抵抗が高くなり、結果的に光電流は減少する。一方、方向が同じ場合は、前述のスピン依存散乱がないため、抵抗の増大はない。このような磁気センサ１６に流れる光電流・電圧を計測することにより外部磁場を計測できるため、磁気センサとすることができるのである。

従来の磁気センサであれば、キャリアである電子を生み出すのに必要なエネルギーを別途接続した電源から得る必要があるのに対し、本実施形態の磁気ヘッドによると、上述のように、記録媒体の加熱に用いられるレーザ光の余りの部分を駆動力として光電流を得ることができるので、別途電源を接続する必要がない。したがって、低消費電力の磁気ヘッドを提供することができる。また、太陽電池の役割を併せ持った磁気センサを有する小型の磁気ヘッドを提供できる。

また、磁気センサ１６においては、ｎ型磁性半導体層１３とｐ型磁性半導体層１５との間に、非磁性層１４が挟まれているため、ｎ型磁性半導体層１３とｐ型磁性半導体層１５との磁気結合を分断又は弱めることができ、ｎ型磁性半導体層１３の磁化方向が反転しやすくなって磁気センサ１６の感度が向上する。

なお、本実施形態では、ｎ型磁性半導体層１３を磁化自由層、ｐ型磁性半導体層１５を磁化固定層として説明を行ったが、その反対の構成であるｎ型磁性半導体層１３を磁化固定層、ｐ型磁性半導体層１５を磁化自由層としてもかまわない。また、本実施形態では半導体レーザ層１２を先に形成する例を示したが、反対に磁気センサ１６を先に形成してもかまわない。また、本実施形態では半導体レーザ層１２と磁気センサ１６とを一体的に形成したが、別々に形成し、その後貼り合わせることで、磁気ヘッド１としても構わない。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る磁気ヘッドの模式断面図である。なお、本実施形態において第１実施形態と同様の部分については、第１実施形態と符号の１の位の数字を合致させて示しており、かかる同様の部分の説明が省略されることがある。

図３に示すように、本実施形態の磁気ヘッド３においては、基板３１上に半導体レーザ層３２が積層されている。そして、半導体レーザ層３２の上に、ｎ型磁性半導体層３３、非磁性層３４、磁化固定層３９が、これらの順に積層されている。磁化固定層３９は、非磁性層３４側から順に、第２のｐ型磁性半導体層３７、第１のｐ型磁性半導体層３５、反強磁性層３８が積層されて形成されているものである。なお、ｎ型磁性半導体層３３、非磁性層３４、及び磁化固定層３９は、磁気センサ３６として機能するものでもある。

磁化自由層であるｎ型磁性半導体層３３までの形成方法は、第１実施形態と同様である。なお、ｎ型磁性半導体層３３の膜厚は再生分解能を高く保つためにも１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。

非磁性層３４は、磁性不純物がドーピングされていない真性半導体層、または、磁化が発現しないほど微量に磁性不純物がドーピングされている層である。このような非磁性層３４は、磁化固定層３９と磁化自由層であるｎ型磁性半導体層３３が磁気結合しないように適度な厚みを持ち、かつスピン偏極した電子が通り抜ける際にスピン緩和が起こりにくいように、厚みとして１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。

第２のｐ型磁性半導体層３７は、第１のｐ型磁性半導体層３５と同様の基材料を用いることができるものである。ただし、磁化を持つ程度に磁性不純物がドーピングされており、第１のｐ型磁性半導体層３５よりドーピング量が少なくなるように形成されている。これにより、第１のｐ型磁性半導体層３５とｎ型磁性半導体層３３との間にスピン偏極した光電流量が多く流れるため、第１のｐ型磁性半導体層３５とｎ型磁性半導体層３３とが接合しているだけの場合に比べて、磁気センサの信号品質（Ｓ／Ｎ）を向上することができる。また、上述の磁性不純物の濃度は一定である必要はなく第１のｐ型磁性半導体層３５に向かい連続又は不連続に増加していてもよい。それにより第２のｐ型磁性半導体層３７内には、電位勾配が形成され、かつ磁性を発現することができる。すなわち、第２のｐ型磁性半導体層３７は、光電流の主な発生部であり、同時に磁化固定層の働きを兼ね、そこで発生する大量の光電流は常に一定方向にスピン偏極している。また、第２のｐ型磁性半導体層３７は、厚みが１ｎｍ以上あれば、光吸収量が多くなり光電流量も増えるため、磁気センサとしての信号品質が上がる。しかし厚みが１０００ｎｍを超えると、第２のｐ型磁性半導体層３７内に形成される電位勾配が緩やかになりすぎ、ｎ型磁性半導体層３３（磁化自由層）への電子の移動速度が著しく減少するため、その結果として磁気センサの動作速度が減少してしまう。よって、第２のｐ型磁性半導体層３７の層厚としては、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、センサ感度と速度を両立するためにも１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下がさらに好ましい。

第１のｐ型磁性半導体層３５と、第２のｐ型磁性半導体層３７の見かけ上の保磁力を大きくするため、反強磁性層３８を形成し、スピンバルブ構造とする。ただし、第１のｐ型磁性半導体層３５の保磁力が十分大きい場合には反強磁性層３８は特に必要ではない。

次に、上述した磁気ヘッド３の磁気センサ３６の動作原理を、図４を用いて説明する。図４は、図３の磁気センサ３６におけるｎ型磁性半導体層３３、非磁性層３４、第２のｐ型磁性半導体層３７、及び第１のｐ型磁性半導体層３５の部分のエネルギーバンド図であって、ε_Fはフェルミレベル示す。

第１実施形態と同じく、半導体レーザ層３２から図示しない媒体に向け照射されたレーザアシスト光の反射・散乱光が、磁気センサ３６のｎ型磁性半導体層３３と第１のｐ型磁性半導体層３５との間の部分で吸収されることによって、光電流４２が発生する。特に第２のｐ型磁性半導体層３７内では、光電流４２は、第２のｐ型磁性半導体層３７の磁化方向（磁化固定層３９の磁化方向でもある）にスピン偏極している。また、第２のｐ型磁性半導体層３７には、電位勾配が形成されており、しかも膜厚が厚い分、光の吸収率が高まるため、大量にスピン偏極した光電子（光電流４２）が生成される。そして、スピン偏極した大量の電子は、ｎ型磁性半導体層３３（磁化自由層）に向かって移動する。そして第１実施形態と同じくスピン依存散乱効果により、磁化固定層３９とｎ型磁性半導体層３３（磁化自由層）との磁化の向きが平行の場合は、光電子はスピン依存散乱による抵抗を受けることなく光電流に寄与するが、反平行の場合は、ｎ型磁性半導体層３３に進入するにあたり抵抗を受けるため、光電流は弱まる。そして光電流・電圧を計測することにより磁気検出が可能となる。

本実施形態の磁気ヘッド３によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１のｐ型磁性半導体層３５とｎ型磁性半導体層３３との間に、第１のｐ型磁性半導体層３５よりも不純物濃度が低い第２のｐ型磁性半導体層３７が挟まれているので、第１のｐ型磁性半導体層３５とｎ型磁性半導体層３３との間にスピン偏極した光電流量が多く流れるため、第１のｐ型磁性半導体層３５とｎ型磁性半導体層３３とが接合しているだけの場合に比べて、磁気センサの信号品質を向上することができる。

さらに、第２のｐ型磁性半導体層３７における不純物濃度が、第１のｐ型磁性半導体層３５に近づくほど増加しているので、第２のｐ型磁性半導体層３７が、電位勾配及び磁化を同時に有した層となる。したがって、生成される光電流量が多くなり、かつ、電子をスピン偏極させることができる。その結果として、不純物濃度を増加させないものに比べて、磁気センサの信号品質を向上することができる。

また、第２のｐ型磁性半導体層３７の厚みが１ｎｍ〜１０００ｎｍであるので、磁気センサ３６の応答速度を損なわずに、十分な光電流量を得ることができる。さらに、非磁性層３４の厚みが１ｎｍ〜５ｎｍであるので、磁気結合を十分に分断でき、かつ、スピン緩和も小さく抑えることができる。

なお、本実施形態においては、ｎ型磁性半導体層３３を磁化自由層、第２のｐ型磁性半導体層３７、第１のｐ型磁性半導体層３５、及び反強磁性層３８を磁化固定層３９として説明を行ったが、例えば、反強磁性層３８を形成せずに、ｎ型磁性半導体層３３を磁化固定層、第２のｐ型磁性半導体層３７及び第１のｐ型磁性半導体層３５を磁化自由層としてもかまわない。このとき、反強磁性層をｎ型磁性半導体層３３に接合させてもよい。また、本実施形態では、半導体レーザ層３２を先に形成する例を示したが、反対に磁気センサ３６を先に形成してもかまわない。また、本実施形態では半導体レーザ層３２と磁気センサ３６とを一体的に形成したが、別々に形成し、その後貼り合わせることで、磁気ヘッド３としても構わない。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る光アシスト磁気再生装置について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る光アシスト磁気再生装置の主要部分を示す概略図である。なお、本実施形態の光アシスト磁気再生装置では、第１実施形態の磁気ヘッド１と同様の磁気ヘッドを用いているため、第１実施形態と同様の部分（符号６１から６６）については、第１実施形態と符号の１の位の数字を合致させて示しており、かかる同様の部分の説明が省略されることがある。

本実施形態の光アシスト磁気再生装置６０は、磁気ヘッド６と、磁気記録媒体５１とを備えている。磁気ヘッド６は、その積層方向の面と媒体の表面とがほぼ平行に、かつ、半導体レーザ層６２のレーザ発射方向面側が媒体の表面に対向するように設置されている。

半導体レーザ層６２の表面には、表面に外部電源と接続されている電流供給用の一対の電極（図示せず）が設けられている。

磁気センサ６６には、信号処理基板（図示せず）などに接続され、かつ、媒体から得た磁化情報を送信するための一対の電極（図示せず）が設けられている。具体的には、ｎ型磁性半導体層６３の表面と、ｐ型磁性半導体層６５の表面とにそれぞれ一極ずつ電極が接続されており、信号処理基板などに磁化情報が送信される。

次に、光アシスト磁気再生装置６０の動作について説明する。磁気ヘッド６の半導体レーザ層６２から照射されたアシスト光５２は、磁気記録媒体５１に到達し、再生領域が昇温される。その際、磁気ヘッド６と磁気記録媒体５１との距離（磁気ヘッド６の浮上長）は通常１０ｎｍ以下であり、かつ磁気センサ６６と半導体レーザ層６２とは接しており非常に近い距離にあるため、アシスト光５２は磁気記録媒体５１まで達した後、散乱光（反射光）５３となって磁気センサ６６にも到達する。そして磁気センサ６６により磁気検出を行うことができる。なお、磁気センサ６６において、磁気記録媒体５１からの漏洩磁界を感知する磁化自由層（ｎ型磁性半導体層６３）は、できるだけ光源部に近いことが望ましい。それにより、昇温領域と磁気センサ６６による再生領域が近づくため、より感度の高い再生が可能となる。

なお、アシスト光５２の照射により生じる磁気記録媒体５１表面の温度分布は、磁気記録媒体５１が移動（回転）することにより、その速度に合った距離分ずれる。具体的には、半導体レーザ層からアシスト光５２ａが磁気記録媒体５１に照射されると、その照射部分が昇温され、昇温部５４ａが形成される（図６（ａ）参照）。

次に、説明の便宜のため不連続な時系列で、移動（回転）している磁気記録媒体５１が昇温された場合の状態を示す。まず一例として、磁気記録媒体５１が図６（ａ）に示す状態から所定時間後（図６（ｂ）参照）の位置でのアシスト光５２ｂによる昇温状態を示す。このときの磁気記録媒体５１は、昇温部５４ａの他に昇温部５４ｂを有することになる（図６（ｃ）参照）。なお、図６（ｂ）、（ｃ）における点線は、図６（ａ）におけるアシスト光５２ａの照射位置である。さらに、所定時間経過後の位置での場合も同様に、磁気記録媒体５１は、アシスト光５２ｃによって昇温部５４ａ、５１ｂの他に昇温部５４ｃを有することになる（図６（ｄ）参照）。なお、図６（ｄ）における点線は、図６（ｃ）におけるアシスト光５２ｂの照射位置である。

ここで、上述のようなの不連続な時系列での昇温ではなく、図６（ａ）の状態から図６（ｄ）の状態、及びその所定時間後の状態まで連続して昇温された場合の昇温状態を示すと、図６（ｅ）に示すように、アシスト光５２によって昇温された昇温部５４を有する磁気記録媒体５１となる。なお、図６（ｅ）における点線は、図６（ｄ）におけるアシスト光５２ｃの照射位置である。

本実施形態において光アシスト再生を容易に行うためには、上述の図６（ｅ）に示すような昇温部５４の点線位置付近に磁気センサ６６のｎ型磁性半導体層６３（磁化自由層）が存在するように設計することが望ましい。したがって、例えば、ある位置での昇温部が所定時間後、磁気記録媒体の移動（回転）によって移動方向に１００ｎｍ程度ずれる場合には、アシスト光５２の出射位置とｎ型磁性半導体層６３（磁化自由層）との距離は１００ｎｍ程度であることが望ましい。なお、この望ましい距離は磁気記録媒体の移動（回転）速度などに応じて変わる。このように望ましい距離を設定すれば、磁気記録媒体５１の昇温域と再生域とを一致させることができるので、確実に磁気ヘッド６によって磁気記録媒体５１の磁化情報を読み取ることができる。

また、ｎ型磁性半導体層６３とｐ型磁性半導体層６５との間の電位勾配を大きくして磁気センサ６６の感度を増大させるために、逆バイアス電圧を印加する回路を磁気センサ６６に接続した光アシスト磁気再生装置６０としてもよい。このとき、図７に示すように、印加前の光電流５５ａは印加後の光電流５５ｂへと電位勾配が大きいものに変化する。このような逆バイアスに必要な電力はセンス電流に必要な電力に比べ非常に小さいため、結果として、低消費電力駆動が可能である。

本実施形態の光アシスト磁気再生装置６０によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、逆バイアス電圧を磁気センサ６６に印加することによって、ｎ型磁性半導体層６３とｐ型磁性半導体層６５との間の電位勾配が大きくすることができるため、逆バイアス電圧を印加しないものに比べて、磁気センサ６６の感度や応答速度を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る光アシスト磁気再生装置について説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る光アシスト磁気再生装置の主要部分を示す概略図である。なお、本実施形態の光アシスト磁気再生装置では、第１実施形態と同様の部分（符号８３から８６）については、第１実施形態と符号の１の位の数字を合致させて示しており、かかる同様の部分の説明が省略されることがある。

本実施形態の光アシスト磁気再生装置８０は、半導体レーザ層が磁気ヘッド８に形成されていない点で、第３実施形態の光アシスト磁気再生装置６０と異なる。具体的には、基板８１の上に磁気センサ８６が形成されており、光源８２が、磁気センサ８６に対して磁気記録媒体７１と反対側に分離した状態で設置されている。

光源８２は、光源８２から照射されるアシスト光７２が基板８１を通過して磁気記録媒体７１の再生部位に正確に照射されよう位置合わせされている。この場合、基板８１がアシスト光７２に対し不透明である場合は、基板８１に孔を設けるなど光を通す加工が必要となるが、基板８１が例えばサファイア等のアシスト光７２に対して透明な材料からなる場合は、特に加工の必要はない。また、基板８１の屈折率が空気の屈折率よりも高いことを利用し、アシスト光７２の一部を基板８１内に閉じ込め、磁気センサ８６に誘導し、散乱光７３に加えて光電流の励起光とすることもできる。また、アシスト光７２の一部を反射鏡により磁気センサ８６に誘導することも可能である。

本実施形態の光アシスト磁気再生装置８０によれば、第３実施形態の光アシスト磁気再生装置６０と同様の作用・効果を得ることができる。

＜変形例＞
次に、本発明の第１実施形態の変形例に係る磁気ヘッドについて説明する。図９は、本発明の第１実施形態の変形例に係る磁気ヘッドの模式断面図である。なお、本変形例の磁気ヘッド９では、第１実施形態と同様の部分（符号９１から９６）については、第１実施形態と符号の１の位の数字を合致させて示しており、かかる同様の部分の説明が省略されることがある。

図９に示すように、磁気ヘッド９は、半導体レーザ層９２と磁気センサ９６との間と、磁気センサ９６のｐ型磁性半導体層９５側の層上とに、電極９７、９８がそれぞれ形成されている。また、基板９１と電極９７とは、レーザ発生用電圧印加装置９９とそれぞれ電気的に接続されており、基板９１、電極９７間の半導体レーザ層９２に電圧を印加できるようになっている。また、電極９７と電極９８とは、並列接続された逆バイアス電圧印加装置１００、電圧計１０１、及び、電流計１０２と電気的にそれぞれ接続され、電極９７、電極９８間の磁気センサ９６に逆バイアス電圧を印加できるようになっている。

なお、本変形例の基板９１は導電性層であるが、仮に基板９１が導電性のものでない場合には（例えばＡｌ₂Ｏ₃）、半導体レーザ層９２との間にさらに導電性層（例えば、半導体レーザ層９２にＧａＮ系レーザ層を形成する場合にはＧａＮ層）を形成しておけばよい。

本変形例の磁気ヘッド９によれば、第１実施形態の磁気ヘッド１と同様の作用・効果を得ることができる。また、逆バイアス電圧印加装置１００によって逆バイアス電圧を磁気センサ９６に印加できるため、第１のｐ型磁性半導体層９５とｎ型磁性半導体層９３との間の電位勾配を大きくでき、第１実施形態の磁気ヘッド１に比べて、磁気センサの感度や応答速度を向上させることができる。

本変形例の磁気ヘッド９における磁気センサ９６の代わりに、第２実施形態の磁気ヘッド３における磁気センサ３６を用いることもできる。この場合も本変形例の磁気ヘッド９と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第２実施形態の磁気ヘッドを第３実施形態の磁気ヘッド６の代わりに用いることも可能である。また、上記実施形態において光源として半導体レーザ層を用いているが、光源として磁気ヘッドに搭載可能なものであったり、光アシスト磁気再生装置内に収まるものであったりするのであればどのようなものであってもよい。また、磁気ヘッド中における各層の材料、層厚などは適宜変更可能である。

本発明の第１実施形態に係る磁気ヘッドの模式断面図である。図１の磁気センサのエネルギーバンド図である。本発明の第２実施形態に係る磁気ヘッドの模式断面図である。図２の磁気センサのエネルギーバンドを示す図である。本発明の第３実施形態に係る光アシスト磁気再生装置の主要部分を示す概略図である。アシスト光の照射により生じる磁気記録媒体表面の温度分布の状態を説明するための図である。図５に示す光アシスト磁気再生装置の磁気センサに逆バイアス電圧を印加する前とした後とのエネルギーバンドを示す図である。本発明の第４実施形態に係る光アシスト磁気再生装置の主要部分を示す概略図である。本発明の各実施形態の変形例に係る磁気ヘッドの模式断面図である。

符号の説明

１、３、６、８、９磁気ヘッド
１１、３１、６１、８１、９１基板
１２、３２、６２、９２半導体レーザ層
１３、３３、６３、８３、９３ｎ型磁性半導体層
１４、３４、６４、８４、９４非磁性層
１５、６５、８５、９５ｐ型磁性半導体層
１６、３６、６６、８６、９６磁気センサ
２１（非磁性層１４の）近傍
２２、４２、５５ａ、５５ｂ光電流
３５第１のｐ型磁性半導体層
３７第２のｐ型磁性半導体層
３８反強磁性層
３９磁化固定層
５１、７１磁気記録媒体
５２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、７２アシスト光
５３、７３散乱光
５４、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ昇温部
６０、８０光アシスト磁気再生装置
８２光源

Claims

互いに対向した一対の磁性体層を含むものであって、光を受光し昇温された媒体の磁化情報を、媒体からの漏洩磁界を検出することによって読み取る磁気センサを備えており、
前記磁気センサの前記一対の磁性体層間に電流が流れるような起電力を発生する第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層とを含む太陽電池が構築されているとともに、前記一対の磁性体層が前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層からなっており、前記第１のｐ型半導体層に対する前記ｎ型半導体層の磁化方向の関係によって前記磁気センサに抵抗差が生じることを特徴とする磁気ヘッド。
光を放射する光源と、
互いに対向した一対の磁性体層を含むものであって、前記光源が放射した光を受光し昇温された媒体の磁化情報を、媒体からの漏洩磁界を検出することによって読み取る磁気センサとを備えており、
前記光源が放射した光を受光するものであって、前記磁気センサの前記一対の磁性体層間に電流が流れるような起電力を発生する第１のｐ型半導体層とｎ型半導体層とを含む太陽電池が構築されているとともに、前記一対の磁性体層が前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層からなっており、前記第１のｐ型半導体層に対する前記ｎ型半導体層の磁化方向の関係によって前記磁気センサに抵抗差が生じることを特徴とする磁気ヘッド。
前記太陽電池の前記第１のｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に、前記第１のｐ型半導体層よりも不純物濃度が低い第２のｐ型半導体層が挟まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヘッド。
前記第２のｐ型半導体層における不純物濃度が、前記第１のｐ型半導体層に近づくほど増加していることを特徴とする請求項３に記載の磁気ヘッド。
前記第２のｐ型半導体層の厚みが１ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項３又は４に記載の磁気ヘッド。
前記太陽電池の前記第１のｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に、非磁性層が挟まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ヘッド。
前記非磁性層の厚みが１ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の磁気ヘッド。
請求項１に記載の磁気ヘッドと、
媒体及び前記磁気センサにおける前記太陽電池が受光する光を放射する光源とを有することを特徴とする光アシスト磁気再生装置。
請求項２に記載の磁気ヘッドを有することを特徴とする光アシスト磁気再生装置。
前記磁気センサに逆バイアス電圧を印加する回路をさらに有することを特徴とする請求項８又は９に記載の光アシスト磁気再生装置。