JP6414250B2 - 下地積層体とそれを含む積層素子、並びに磁気センサ及びマイクロ波アシスト磁気ヘッド - Google Patents

下地積層体とそれを含む積層素子、並びに磁気センサ及びマイクロ波アシスト磁気ヘッド Download PDF

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Description

本発明は、下地積層体とそれを含む積層素子、並びに磁気センサ及びマイクロ波アシスト磁気ヘッドに関する。
ヘッド及び媒体を用いた磁気記録の分野においては、磁気ディスク装置の高記録密度化に伴い、磁気記録媒体及び磁気ヘッドのさらなる性能の向上が要求されている。
磁気記録媒体は、磁性微粒子が集合した不連続媒体であり、各磁性微粒子は単磁区構造となっている。この磁気記録媒体において、１つの記録ビットは、複数の磁性微粒子によって構成される。そのため、記録密度を高めるためには、磁性微粒子を小さくして、隣接する記録ビットの境界の凹凸を減少させなければならない。しかしながら、磁性微粒子を小さくすると、磁性微粒子の体積の減少に伴い磁性微粒子の磁化の熱安定性が低下するという問題が生じる。
この問題への対策として、磁性微粒子の磁気異方性エネルギーＫｕを大きくすることが考えられるが、このＫｕの増加は、磁気記録媒体の異方性磁界（保磁力）の増大をもたらす。これに対して、磁気ヘッドによる記録磁界強度の上限は、ヘッド内の磁気コアを構成する軟磁性材料の飽和磁束密度でほぼ決定されてしまう。そのため、磁気記録媒体の異方性磁界が、この記録磁界強度の上限から決まる許容値を超えると、磁気記録媒体への記録が不可能となってしまう。
現在、このような熱安定性の問題を解決する１つの方法として、Ｋｕの大きな磁性材料で形成された磁気記録媒体を用いる一方で、記録時に媒体に補助的にエネルギーを与えて実効的な記録磁界強度を低下させるエネルギーアシスト記録が提案されている。この補助的なエネルギー源としてマイクロ波磁界を用いる記録方式は、マイクロ波アシスト磁気記録（Microwave Assisted Magnetic Recording, MAMR）と呼ばれ、実用化に向けて研究開発が進められている。
マイクロ波アシスト磁気記録では、磁気記録媒体の記録層の磁化にかかる実効磁界（Ｈｅｆｆ）に応じた周波数の媒体面内方向のマイクロ波磁界が印加されることで、記録層の磁化の歳差運動が励起され、磁気ヘッドによる記録能力がアシストされる。
マイクロ波アシスト磁気記録方式を採用する磁気ヘッドの一例として、磁気記録媒体に印加するための記録磁界を発生させる主磁極と、トレーリングシールドと、それらの間（ライトギャップ（write gap））に設けられてなる、磁性薄膜の多層構造を有するスピントルク発振子（Spin Torque Oscillator, STO）とを備える磁気ヘッドが提案されている。この磁気ヘッドにおいては、スピントルク発振子の自励発振により面内方向のマイクロ波磁界を発生させ、当該マイクロ波磁界が磁気記録媒体に印加されることで記録層の磁化の歳差運動が誘起され、記録層における垂直方向の磁化反転がアシストされる。
一般に、スピントルク発振子は、シード層及びバッファー層を有する下地層と、スピン注入層（spin injection layer, SIL）と、スペーサ層と、磁界発生層（field generation layer, FGL）と、キャップ層とが、主磁極側又はトレーリングシールド側から順に積層された多層構造を有する。スピントルク発振子において、スピン注入層の磁性層中にて生成されたスピン偏極電流が磁界発生層に注入されスピントルクを利用して発振すると、マイクロ波磁界が発生する。このマイクロ波磁界が、主磁極からの記録磁界と重畳的に磁気記録媒体に印加されることで、磁気記録媒体の保磁力を低減させることができ、磁気記録媒体への記録が可能となる。
このスピン注入層には、高いスピン分極と、高い垂直磁気異方性とが求められ、その要求を満足し得る磁性材料として、例えば、［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］n多層膜が有効である。ここで、ｎは括弧内に示す積層構造の繰り返し積層数を表す。従来、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］n多層膜が用いられたスピントルク発振子が提案されている（US 8,920,847）。しかし、［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］n多層膜からなるスピン注入層の垂直磁気異方性は、当該多層膜の結晶配向や結晶性に影響されやすく、当該多層膜の成膜条件のみならず、多層膜が形成される下地層の構成材料によってもスピン注入層の垂直磁気異方性が変化してしまうという問題がある。
また、マイクロ波アシスト磁気ヘッドにおいて、主磁極とトレーリングシールドとの間のライトギャップにスピントルク発振子が設けられるが、高記録密度化を達成するためには、ライトギャップの狭小化、すなわち、ライトギャップに設けられるスピントルク発振子の薄膜化が求められる。
米国特許第８，９２０，８４７号明細書には、下地層として、タンタル（Ｔａ）と銅（Ｃｕ）との積層体が開示されているが、当該下地層を薄膜化すると、高い垂直磁気異方性を有するスピン注入層を形成するのが困難となり、ライトギャップの狭小化の問題を解決することができない。
そのため、高い垂直磁気異方性等の所望とする磁気特性が要求されるスピン注入層等の磁性層を積層形成可能であり、かつ薄膜化が可能な下地層を構成する新たな材料の提案が求められている。
米国特許第８，９２０，８４７号明細書
本発明は、所望とする磁気特性を奏する磁性層を積層形成することができ、かつ薄膜化が可能な下地積層体、当該下地積層体を含む積層素子、並びに当該積層素子を含む磁気センサ及びマイクロ波アシスト磁気ヘッドを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、シード層及びバッファー層がこの順で積層されてなる下地積層体と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、非磁性スペーサ層とを含み、前記シード層は、タンタル（Ｔａ）と他の金属の少なくとも１種とを含む非晶質構造又は微結晶構造を有する合金層であり、前記バッファー層は、［００１］面配向六方最密構造を有する、周期表の第６族金属のうちの少なくとも１種と第９族金属のうちの少なくとも１種とを含む合金層であり、前記第１強磁性層は、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、前記第１強磁性層、前記非磁性スペーサ層及び前記第２強磁性層が、前記バッファー層上にこの順で積層されてなることを特徴とする積層素子を提供する（発明１）。
上記発明（発明１）において、前記第１強磁性層がスピン注入層であり、前記第２強磁性層が磁界発生層であってもよい（発明２）。
上記発明（発明１）によれば、所望とする磁気特性を奏する磁性層を積層形成することができ、かつ薄膜化が可能な下地積層体を提供することができる。
上記発明（発明１，２）において、前記シード層は、タンタル（Ｔａ）と、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）からなる群より選択される少なくとも１種の金属とを含む合金層であるのが好ましく（発明３）、タンタル（Ｔａ）と、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）とを含む合金層であるのがより好ましく（発明４）、前記タンタル（Ｔａ）を６０ａｔ％以下含む合金層であるのが特に好ましい（発明５）。
上記発明（発明１〜５）において、前記バッファー層が、前記第６族金属としてのクロム（Ｃｒ）と、前記第９族金属としてのロジウム（Ｒｈ）又はイリジウム（Ｉｒ）とを含む合金層であるのが好ましく（発明６）、前記第６族金属を３０ａｔ％以上含み、前記第９族金属を３０ａｔ％以上含むのがより好ましい（発明７）。
さらに、本発明は、上記発明（発明１〜７）に係る積層素子を備えることを特徴とする磁気センサを提供する（発明８）。
また、本発明は、磁気記録媒体に対して印加される記録磁界を発生させる主磁極と、前記主磁極と磁路を形成するトレーリングシールドと、前記主磁極及び前記トレーリングシールドの間に設けられてなる上記発明（発明２）に係る積層素子とを備えることを特徴とするマイクロ波アシスト磁気ヘッドを提供する（発明９）。
本発明によれば、所望とする磁気特性を奏する磁性層を積層形成することができ、かつ薄膜化が可能な下地積層体、当該下地積層体を含む積層素子、並びに当該積層素子を含む磁気センサ及びマイクロ波アシスト磁気ヘッドを提供することができる。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る下地積層体を含むスピントルク発振子の一の態様の概略構成を示す断面図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態におけるスピントルク発振子の他の態様の概略構成を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る下地積層体を含む磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態における磁気記録装置を概略的に示す斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態におけるヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）を概略的に示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの全体構造を模式的に示す斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの要部の構成を概略的に示す断面図（ＸＺ面）である。 図７は、本発明の一実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの記録ヘッドにおける主磁極層を概略的に示す平面図である。 図８は、本発明の一実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの記録ヘッドの概略構成を示す、ＡＢＳ側から見た平面図である。 図９は、本発明の一実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの記録ヘッドのＡＢＳ近傍における概略構成を示す部分拡大断面図である。 図１０は、試験例１の結果を示すグラフである。 図１１は、試験例２の結果を示すグラフである。
本発明の実施の形態について説明する前に、本明細書において用いられる用語の定義を行う。本実施形態に係るマイクロ波アシスト磁気ヘッドのスライダ基板の素子形成面に形成された積層構造若しくは素子構造において、基準となる層又は素子から見て、基板側を「下方」とし、その反対側を「上方」とする。また、基準となる層又は素子から見て、媒体対向面側を「前方」とし、その反対側を「奥方」又は「後方」とする。さらに、本実施形態に係るマイクロ波アシスト磁気ヘッドにおいて、必要に応じ、いくつかの図面中、「Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向」を規定している。ここで、Ｚ軸方向は、上述した「上下方向」であり、＋Ｚ側がトレーリング側に相当し、−Ｚ側がリーディング側に相当する。また、Ｙ軸方向はトラック幅方向であり、Ｘ軸方向はハイト方向である。
［スピントルク発振子］
図１Ａに示すように、本実施形態におけるスピントルク発振子１０は、本実施形態に係る下地積層体１１と、スピン注入層１２と、非磁性スペーサ層１３と、磁界発生層１４と、Ｒｕ等からなる厚み０．５〜２０ｎｍ程度のキャップ層１５とがこの順に積層されてなる積層素子である。スピントルク発振子１０は、下地積層体１１側からキャップ層１５側に向けて直流電流を流すことで、磁界発生層１４の磁化が歳差運動し、磁界発生層１４から高周波磁界（マイクロ波磁界）を発生させることができる。
本実施形態に係る下地積層体１１は、シード層１１ａと、その上に積層形成されたバッファー層１１ｂとを含む。シード層１１ａ及びバッファー層１１ｂは、例えばスパッタリング法等により形成される。
シード層１１ａは、タンタル（Ｔａ）と他の金属の少なくとも１種とを含む非晶質構造又は微結晶構造を有する合金層である。当該他の金属としては、３ｄ遷移金属を例示することができ、具体的には、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及び銅（Ｃｕ）からなる群より選択される少なくとも１種の金属、好ましくは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である。シード層１１ａがタンタル（Ｔａ）単体により構成されると、シード層１１ａを構成するタンタル（Ｔａ）の原子間隔が広すぎるため、バッファー層１１ｂを薄膜で形成することが困難となる。しかし、シード層１１ａがタンタル（Ｔａ）と他の金属（３ｄ遷移金属）の少なくとも１種とを含む非晶質構造又は微結晶構造を有する合金層であることで、他の金属（３ｄ遷移金属）がタンタル（Ｔａ）の広い原子間隔を埋めつつも非晶質構造又は微結晶構造を維持することができる。そのため、後述する実施例からも明らかなように、下地積層体１１の膜厚を薄くすることができ、下地積層体１１の膜厚が薄くても、下地積層体１１上に積層形成されるスピン注入層１２に高い垂直磁気異方性を誘導することができる。
シード層１１ａは、他の金属を４０ａｔ％以上含む合金層であるのが好ましく、６０ａｔ％以上含む合金層であるのがより好ましい。すなわちシード層１１ａは、タンタル（Ｔａ）を６０ａｔ％以下含む合金層であるのが好ましく、４０ａｔ％以下含む合金層であるのがより好ましい。シード層１１ａに他の金属が４０ａｔ％以上含まれることで、下地積層体１１の膜厚が薄くても、スピン注入層１２に高い垂直磁気異方性を誘導することができる。
シード層１１ａの膜厚は、０．４〜５ｎｍであるのが好ましく、０．８〜３ｎｍであるのがより好ましい。シード層１１ａの膜厚が上記範囲内であっても、下地積層体１１上に積層形成されるスピン注入層１２に高い垂直磁気異方性を誘導することができる。
バッファー層１１ｂは、［００１］面配向六方最密構造を有する、周期表の第６族金属のうちの少なくとも１種と、周期表の第９族金属のうちの少なくとも１種とを含む合金層である。バッファー層１１ｂが第６族金属と第９族金属とを含む合金層であることで、［００１］面配向六方最密構造をとることができるとともに、バッファー層１１ｂ上に積層形成されるスピン注入層１２の結晶性、配向性を良好にすることができ、薄膜であっても配向性に優れる膜とすることができる。
バッファー層１１ｂを構成する第６族金属としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられ、第９族金属としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）等が挙げられる。バッファー層１１ｂは、これらのうち、第６族金属としてのクロム（Ｃｒ）と、第９族金属としてのコバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）又はイリジウム（Ｉｒ）とを含む合金層であるのが好ましい。
バッファー層１１ｂを構成する合金層は、第６族金属を３０ａｔ％以上含むのが好ましく、３０〜６０ａｔ％含むのがより好ましい。また、バッファー層１１ｂを構成する合金層は、第９族金属を３０ａｔ％以上含むのが好ましく、４０〜７０ａｔ％含むのがより好ましい。バッファー層１１ｂが第６族金属及び第９族金属をそれぞれ３０ａｔ％以上含む合金層であることで、バッファー層１１ｂを六方細密構造にすることができ、バッファー層１１ｂ上に積層形成されるスピン注入層１２の結晶性、配向性を良好にすることができ、薄膜であっても配向性に優れる膜とすることができる。
バッファー層１１ｂの膜厚は、０．４〜５ｎｍであるのが好ましく、０．８〜３ｎｍであるのがより好ましい。バッファー層１１ｂの膜厚が上記範囲内であっても、下地積層体１１上に積層形成されるスピン注入層１２に高い垂直磁気異方性を誘導することができる。
下地積層体１１の膜厚は、０．８〜１０ｎｍであるのが好ましく、１．６〜６ｎｍであるのがより好ましい。下地積層体１１の膜厚が上記範囲内であっても、その上に積層形成されるスピン注入層１２に高い垂直磁気異方性を誘導することができる。
スピン注入層１２は、膜面に対して垂直方向の磁気異方性（垂直磁気異方性）を有する強磁性層であり、［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］n、［Ｃｏ／Ｐｔ］n、［Ｃｏ／Ｐｄ］n等の磁性体同士の多層膜又は磁性体と非磁性体との多層膜により構成される。なお、「ｎ」は括弧内に示す積層構造の繰り返し積層数である。また、スピン注入層１２を構成する材料として、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｔ、ＭｎＧａ等の垂直磁気異方性を有する合金を用いることもできる。スピン注入層１２が［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］nにより構成される場合、Ｎｉの膜厚はＣｏＦｅの膜厚と同一又はそれよりも厚くするのが好ましい。ＣｏＦｅの膜厚は０．１〜１ｎｍであるのが好ましく、０．１〜０．４ｎｍであるのがより好ましい。Ｎｉの膜厚は０．２〜１．５ｎｍであるのが好ましく、０．２〜０．６ｎｍであるのがより好ましい。積層構造の繰り返し積層数ｎは、好ましくは２〜４０、より好ましくは２〜２０である。スピン注入層１２は、スピントルク発振子１０の積層方向に電流を流すことで、電子をスピン偏極させ、当該電子を磁界発生層１４に注入させる役割を果たす層である。スピン注入層１２の膜厚は、好ましくは０．６〜１５ｎｍ、より好ましくは１〜１０ｎｍである。スピン注入層１２によるスピン偏極率を高めるため、図１Ｂに示すように、スピン注入層１２と非磁性スペーサ層１３との間にスピン偏極率の高い磁性体層１６が存在していてもよい。特に、スピン注入層１２が［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］nにより構成される場合、スピン偏極率の小さいＮｉを含むため、磁性体層１６を有するのが好ましい。かかる磁性体層１６を構成する材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ等の軟磁性合金、Ｃｏ2ＭｎＳｉ、Ｃｏ2ＦｅＳｉ等のＣｏ基ホイスラー合金、ＦｅＣｒ、ＦｅＶ等の負のスピン偏極を有する材料等を例示することができる。上記磁性体層１６の膜厚は、好ましくは０．１〜８ｎｍ、より好ましくは０．４〜４ｎｍである。
非磁性スペーサ層１３は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ａｌ等のスピン透過率の高い非磁性金属により構成されていてもよいし、ＭｇＯ層、Ａｌ2Ｏ3層等のトンネルバリア層であってもよい。非磁性スペーサ層１３の膜厚は、例えば、０．５〜５ｎｍ程度に設定され、好ましくは１．５〜３ｎｍ程度に設定され得る。非磁性スペーサ層１３の膜厚が上記範囲内であることで、スピン注入層１２と磁界発生層１４との交換結合状態を最適に調整することができる。
磁界発生層１４は、イニシャル状態（電流が流れておらず、磁界も印加されていない状態）での磁化の向きが膜面に略平行である材料により構成される強磁性層である。発生するマイクロ波磁界の強度は、磁界発生層１４の飽和磁化Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｍ3）が大きく、その膜厚が厚いほど増大するため、磁界発生層１４は飽和磁化Ｍｓの大きい材料により構成されるのが好ましく、その膜厚は、スピントルク発振子１０が後述するマイクロ波アシスト磁気ヘッド１（図３〜６参照）の記録ヘッド１Ｂにおける記録素子として用いられる場合、ライトギャップ（write gap，主磁極層６及びトレーリングシールド７の間のギャップ（図６参照））に収まる所定の範囲で厚くするのが好ましい。磁界発生層１４の構成材料としては、例えば、［ＦｅＣｏ／Ｎｉ］m、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＡｌ、ＦｅＣｏＳｉ、ＦｅＣｏＢ、ＦｅＮｉ等の軟磁性材料や、負の垂直磁気異方性を有するＣｏＩｒ、［Ｆｅ／Ｃｏ］m等が挙げられる。なお、「ｍ」は括弧内に示す積層構造の繰り返し積層数である。磁界発生層１４の構成材料として［ＦｅＣｏ／Ｎｉ］mが用いられる場合、ＦｅＣｏの膜厚をＮｉの膜厚より厚くするのが好ましく、ＦｅＣｏの膜厚は好ましくは０．４〜４ｎｍ、より好ましくは０．８〜２ｎｍであり、Ｎｉの膜厚は好ましくは０．１〜１ｎｍ、より好ましくは０．１〜０．５ｎｍである。積層構造の繰り返し積層数ｍは、好ましくは１〜２０であり、より好ましくは３〜１０である。磁界発生層１４の膜厚は２〜２０ｎｍ程度であり、より好ましくは５〜１５ｎｍ程度である。
本実施形態におけるスピントルク発振子１０において、その積層方向に（下地積層体１１側からキャップ層１５側に向けて）直流電流を流すと、スピン注入層１２の磁化により電子がスピン偏極する。スピン注入層１２のスピン偏極率が正である場合、スピン注入層１２の多数スピン（majority spin）と逆方向に偏極したスピン電子がスピン注入層１２で反射され、磁界発生層１４に注入される。この反射したスピン電子は、外部磁場による磁界発生層１４の磁化のダンピングを打ち消すように作用し、磁界発生層１４の磁化の歳差運動が誘起され、磁界発生層１４からマイクロ波磁界が発生する。
一方で、本実施形態におけるスピントルク発振子１０において、キャップ層１５側から下地積層体１１側に向けて直流電流を流してもよい。この態様においてマイクロ波磁界が発生する作用機序は、以下の通りである。
スピン電子がスピン注入層１２から磁界発生層１４に注入される。当該スピン電子の多くは、スピン注入層１２の多数スピン（majority spin）と同方向に偏極したスピン電子である。このスピン電子は、磁界発生層１４の磁化のダンピングを促すため、歳差運動を誘起することができない。しかし、実際には、スピン注入層１２の多数スピン（majority spin）と逆方向に偏極したスピン電子も、わずかに磁界発生層１４に注入される。この逆方向に偏極したスピン電子は、磁界発生層１４で反射されてスピン注入層１２に注入され、スピン注入層１２の磁化が反転する。その結果、スピン注入層１２から磁界発生層１４に注入されるスピン電子の偏極方向が反転する。このスピン電子は、磁界発生層１４の磁化のダンピングを打ち消すように作用し、磁界発生層１４の磁化の歳差運動が誘起され、磁界発生層１４からマイクロ波磁界が発生する。この態様においては、磁界発生層１４の磁化の歳差運動を誘起させるためにはスピン注入層１２の磁化が反転する必要があるが、スピン注入層１２の垂直磁気異方性が大きすぎるとスピン注入層１２の磁化を反転させるのが困難となる。そこで、この態様のスピントルク発振子１０においては、図１Ｂに示すように、磁性体層１６をスピン注入層１２と非磁性スペーサ層１３との間に介在させ、当該磁性体層１６の膜厚を適宜調整する。磁性体層１６の垂直磁気異方性が、スピン注入層１２の垂直磁気異方性よりも小さい場合には磁性体層１６の磁化が容易に反転するため、それによりスピン注入層１２の磁化反転が促進され得る。このようにして、スピン注入層１２の磁化を反転させ、磁界発生層１４の磁化の歳差運動を誘起させることができる。
上述した構成を有するスピントルク発振子１０は、例えば、後述するマイクロ波アシスト磁気ヘッド１（図３〜６参照）の記録ヘッド１Ｂにおける記録素子として用いられ得る。かかる記録ヘッド１Ｂにおいては、主磁極層６からの記録磁界に、磁界発生層１４からのマイクロ波磁界を重畳させることで、磁気異方性エネルギーＫｕの大きい磁気記録媒体１００に信号を記録することができる（図６参照）。
また、本実施形態におけるスピントルク発振子１０は、外部磁場に依存する抵抗変化を利用して、磁気センサ、具体的には、後述するマイクロ波アシスト磁気ヘッド１（図３〜６参照）等の薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド１Ａにおける再生素子として用いられ得る。かかるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１の再生ヘッド１Ａにおいては、上部シールド層５及び下部シールド層３の間に再生素子が設けられ、例えば、図６に示すマイクロ波アシスト磁気ヘッド１においては再生素子としてのＭＲ素子４が設けられている。このＭＲ素子４に代えて、本実施形態におけるスピントルク発振子１０を上記再生素子として用いることができる。上述したように、スピントルク発振子１０の積層方向に直流電流を流すと、磁界発生層１４の磁化の歳差運動が誘起され、磁界発生層１４の磁化が定常的に振動する。磁界発生層１４の磁化が振動状態にあると、磁界発生層１４の磁化とスピン注入層１２の磁化との相対角度が刻々と変化する。それらの磁化の相対角度の変化は、磁気抵抗効果によりスピントルク発振子１０の抵抗の変化をもたらす。すなわち、スピントルク発振子１０の抵抗は、磁界発生層１４の磁化とスピン注入層１２の磁化との相対角度の変化に従って変化する。その結果として、上部シールド層５と下部シールド層３との間の電圧に交流成分が生じる。電圧の交流成分は、高周波回路（図示を省略する。）によって取り出され、高周波電圧が得られる。高周波電圧の周波数は、磁気記録媒体１００からの磁場に依存する。したがって、スピントルク発振子１０から出力される高周波電圧の周波数を検出することで、磁気記録媒体１００に記録された情報を読み出すことができる。
本実施形態におけるスピントルク発振子１０においては、下地積層体１１を構成するシード層１１ａがタンタル（Ｔａ）と他の金属の少なくとも１種とを含む非晶質構造又は微結晶構造を有する合金層であり、バッファー層１１ｂが周期表の第６族金属と第９族金属とを含む合金層であって、［００１］面配向六方最密構造を有することで、下地積層体１１の膜厚が薄くても、スピン注入層１２に高い垂直磁気異方性を誘導することができる。したがって、本実施形態におけるスピントルク発振子１０によれば、総膜厚（シード層１１ａからキャップ層１５までの総膜厚）を極めて薄くすることができ、かつ優れた磁気特性を奏することができる。
マイクロ波アシスト磁気ヘッド１（図３〜６参照）の記録ヘッド１Ｂにおける主磁極層６とトレーリングシールド７との間のギャップ（write gap）は、高記録密度化を達成するために、可能な限り狭いのが望ましい（図６参照）。本実施形態におけるスピントルク発振子１０においては、優れた磁気特性を奏しつつも下地積層体１１の膜厚を薄くすることができ、スピントルク発振子１０の総膜厚を薄くすることができるため、当該スピントルク発振子１０をマイクロ波アシスト磁気ヘッド１の記録ヘッド１Ｂにおける記録素子として用いることで、高記録密度化を達成することができる。
また、マイクロ波アシスト磁気ヘッド１（図３〜６参照）等の薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド１Ａにおける上部シールド層５及び下部シールド層３の間のギャップ（リードギャップ）に設けられる再生素子（ＭＲ素子４）において、磁気記録媒体における情報を読み取る対象のビットからの磁場だけでなく、そのビットに隣接するビットからの磁場も作用してしまうと、記録された信号が正確に読み取られなくなる。隣接するビットによる干渉（磁気的干渉）を抑制して高分解能を実現するためには、上部シールド層５及び下部シールド層３の間のギャップ（リードギャップ）を可能な限り狭くすることが有効である。本実施形態におけるスピントルク発振子１０においては、優れた読み取り特性を奏しつつも下地積層体１１の膜厚を薄くすることができ、スピントルク発振子１０の総膜厚を薄くすることができる。そのため、当該スピントルク発振子１０をマイクロ波アシスト磁気ヘッド１等の薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド１Ａにおける再生素子としてのＭＲ素子４に代えて用いることで、高分解能で信号を読み取ることができる。
［磁気抵抗効果素子］
図２に示すように、本実施形態における磁気抵抗効果素子２０は、下地積層体１１と、外部磁場に応じて磁化の方向が変化する自由層２１と、非磁性スペーサ層２２と、磁化の方向が固定された参照層２３及びピン層２４と、Ｒｕ等からなる膜厚０．４〜２０ｎｍ程度のキャップ層２５とを含み、自由層２１、非磁性スペーサ層２２、参照層２３、ピン層２４及びキャップ層２５が、下地積層体１１のバッファー層１１ｂ上にこの順で積層されてなる積層素子であって、この積層方向にセンス電流が印加されてなるＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造を有する。
磁気抵抗効果素子２０における下地積層体１１は、上記スピントルク発振子１０（図１参照）における下地積層体１１と同一の構成を有する。
自由層２１を構成する材料としては、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＦｅＨｆ、ＣｏＦｅＡｌ、ＣｏＦｅＴａＢ等の軟磁性材料や、Ｃｏ2ＦｅＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ等のＣｏ基ホイスラー合金を例示することができ、自由層２１は、これらの材料からなる単層構造又は積層構造を有する。参照層２３を構成する材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ等の軟磁性材料や、Ｃｏ2ＦｅＳｉ、Ｃｏ2ＭｎＳｉ等のＣｏ基ホイスラー合金を例示することができ、参照層２３は、これらの材料からなる単層構造又は積層構造を有する。ピン層２４を構成する材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＩｒＭｎ等を例示することができ、ピン層２４は、ＩｒＭｎと、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ等との積層構造を有する。自由層２１、参照層２３及びピン層２４の厚さは、それぞれ１〜２０ｎｍ程度に設定され得る。
参照層２３とピン層２４との間には、Ｒｕ等の非磁性金属層２６が設けられており、参照層２３／非磁性金属層２６／ピン層２４の積層構造により磁化固定層が構成される。このような積層構造を有することで、参照層２３とピン層２４との間に強い交換結合を与えることができ、参照層２３から発生する静磁界が自由層２１に及ぼす影響を減らすこともできる。
参照層２３の磁化の方向は、反強磁性層であるピン層２４との交換結合により参照層２３に一方向異方性エネルギー（「交換バイアス」又は「結合磁界」とも呼ばれる）を付与することにより固定される。自由層２１の磁化の方向と参照層２３の磁化の方向とは、イニシャル状態（初期状態）において実質的に直交している。
非磁性スペーサ層２２は、本実施形態における磁気抵抗効果素子２０に磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を発現させるための必須の膜である。非磁性スペーサ層２２は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ａｌ等の非磁性金属により構成されていてもよいし、ＭｇＯ層、Ａｌ2Ｏ3層等のトンネルバリア層であってもよい。なお、非磁性スペーサ層２２の膜厚は、０．４〜５ｎｍ程度に設定され得る。
本実施形態における磁気抵抗効果素子２０は、外部磁場に依存する抵抗の変化を利用して、磁気センサ、具体的には、後述するマイクロ波アシスト磁気ヘッド１（図３〜６参照）等の薄膜磁気ヘッドの再生ヘッド１Ａにおける再生素子として用いられ得る。この場合において、本実施形態における磁気抵抗効果素子２０は、外部磁界からの磁気シールド機能と、磁気抵抗効果素子２０にセンス電流を流す際の電極としての機能とを有する上部シールド層５及び下部シールド層３の間のギャップ（リードギャップ）にＭＲ素子４として設けられる（図６参照）。本実施形態における磁気抵抗効果素子２０は、優れた読み取り特性を奏しつつも下地積層体１１の膜厚を薄くすることができ、磁気抵抗効果素子２０の総膜厚を薄くすることができる。したがって、当該磁気抵抗効果素子２０を薄膜磁気ヘッドの再生ヘッドにおける再生素子として用いることで、高分解能で信号を読み取ることができる。
［磁気記録装置］
図３は、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドを搭載した磁気記録装置を概略的に示す斜視図であり、図４は、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドを備えるヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）を概略的に示す斜視図であり、図５は、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの全体構成を模式的に示す斜視図である。
図３に示すように、本実施形態における磁気記録装置は、スピンドルモータ２０２の回転軸周りに回転する複数の磁気ディスク１００と、複数の駆動アーム２１１が設けられたアセンブリキャリッジ装置２１０と、各駆動アーム２１１の先端部に取り付けられており、マイクロ波アシスト磁気ヘッド１を有するヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ）２１２と、マイクロ波アシスト磁気ヘッド１の書き込み及び読み出し動作等を制御する制御回路２３０とを備える。
本実施形態において、磁気記録媒体としての磁気ディスク１００は、垂直磁気記録用であり、例えば、ディスク基板の上に、軟磁性裏打ち層、中間層及び磁気記録層（垂直磁化層）等が順次積層された構造を有している。
アセンブリキャリッジ装置２１０は、磁気ディスク１００の記録ビットが並ぶトラック上に、マイクロ波アシスト磁気ヘッド１を位置決めするための装置である。アセンブリキャリッジ装置２１０において、駆動アーム２１１は、ピボットベアリング軸２１３に沿った方向にスタックされており、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２１４によってピボットベアリング軸２１３を中心にした角揺動が可能に構成されている。
なお、本実施形態における磁気記録装置の構造は、上述した構造に限定されるものではなく、磁気ディスク１００、駆動アーム２１１、ＨＧＡ２１２及びマイクロ波アシスト磁気ヘッド１は、単数であってもよい。
図４に示すヘッドジンバルアセンブリ２１２において、サスペンション２２０は、ロードビーム２２１と、ロードビーム２２１に固着され、かつ弾性を有するフレクシャ２２２と、ロードビーム２２１の基部に設けられたベースプレート２２３とを有する。また、フレクシャ２２２上には、リード導体及びその両端に電気的に接続された接続パッドを含む配線部材２２４が設けられている。本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１を備える磁気ヘッドスライダ３０（図５参照）は、各磁気ディスク１００の表面に対して所定の間隔（浮上量）をもって対向するように、サスペンション２２０の先端部においてフレクシャ２２２に固着されている。
さらに、配線部材２２４の一端が、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１の端子電極に電気的に接続されている。なお、本実施形態におけるサスペンション２２０の構造も、上述した構造に限定されるものではない。
図５に示すように、磁気ヘッドスライダ３０は、浮上特性に直接関与するＡＢＳ（媒体対向面）７０を有し、磁気ディスク１００の進行方向Ｍ（空気の流れと同じ方向）側の側面端（磁気ディスク１００の進行方向Ｍの奥側の側面端）にマイクロ波アシスト磁気ヘッド１を備える。マイクロ波アシスト磁気ヘッド１は、記録ヘッド１Ｂと再生ヘッド１Ａとを備える。
［マイクロ波アシスト磁気ヘッド］
次に、図面を参照しつつ、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドについて説明する。図６は、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッドの、媒体対向面であるＡＢＳと交差する方向に沿った断面図（ＸＺ断面図）である。
図６に示すように、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１は、スライダ基板２と、スライダ基板２の素子形成面上に積層形成された再生ヘッド１Ａ及び記録ヘッド１Ｂとを有する。また、マイクロ波アシスト磁気ヘッド１は、磁気ディスク１００に対向する媒体対向面であるＡＢＳ７０を有する。
再生ヘッド１Ａは、ＡＢＳ７０の近傍に配置され、磁気ディスク１００からの信号磁界を検出するためのＭＲ素子４と、スライダ基板２の素子形成面上に形成された磁性材料からなる下部シールド層３及び上部シールド層５とを有する。
下部シールド層３及び上部シールド層５は、主として、ＭＲ素子４が、雑音となる外部磁界を受けることを防止するために設けられる。下部シールド層３及び上部シールド層５は、例えばフレームめっき法又はスパッタリング法等によって形成された磁性材料からなる磁性層である。下部シールド層３及び上部シールド層５は、それぞれ、例えば、ＮｉＦｅ（パーマロイ）、ＦｅＳｉＡｌ（センダスト）、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＦｅ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、若しくはＣｏＺｒＴａＣｒ等、又はこれらの材料の多層膜等の軟磁性材料により構成される。下部シールド層３及び上部シールド層５の厚さは、それぞれ、例えば０．１〜３μｍ程度である。
ＭＲ素子４は、ＭＲ効果を利用して信号磁界を感受する磁気センサであり、例えば、面内通電型巨大磁気抵抗効果を利用したＣＩＰ−ＧＭＲ（Current In Plane-Giant Magneto-Resistive）積層体、垂直通電型巨大磁気抵抗効果を利用したＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to Plane-Giant Magneto-Resistive）積層体、又はトンネル磁気抵抗効果を利用したＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）積層体のいずれであってよい。
これらのＭＲ効果を利用したＭＲ素子４は、高い感度で磁気ディスク１００からの信号磁界を感受することができる。なお、ＭＲ素子４がＣＰＰ−ＧＭＲ積層体又はＴＭＲ積層体である場合、下部シールド層３及び上部シールド層５は、電極としての役割も果たすことができる。一方、ＭＲ素子４がＣＩＰ−ＧＭＲ積層体である場合、ＭＲ素子４と下部シールド層３との間及びＭＲ素子４と上部シールド層５との間には、それぞれ絶縁層が設けられ、さらに、ＭＲ素子４に電気的に接続されたＭＲリード層が設けられる。
ＭＲ素子４として、本実施形態に係る下地積層体１１を含む磁気抵抗効果素子２０（図２参照）を用いるのが好ましい。また、ＭＲ素子４に代えて、本実施形態に係る下地積層体１１を含むスピントルク発振子１０（図１参照）を用いるのも好ましい。これらの磁気抵抗効果素子２０及びスピントルク発振子１０を再生ヘッド１Ａにおける再生素子として用いることで、上部シールド層５及び下部シールド層３の間のギャップ（リードギャップ）を狭小化することができ、高分解能での情報の読み取りが可能となる。
記録ヘッド１Ｂは、垂直磁気記録用であって、主磁極層６と、トレーリングシールド７と、リーディングシールド８と、主磁極層６及びトレーリングシールド７の間のギャップ（ライトギャップ）に位置するスピントルク発振子１０と、第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂとを有する。
主磁極層６は、第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂに書き込み電流を印加することにより発生した磁束を、書き込みがなされる磁気ディスクの磁気記録層（垂直磁化層）まで集束させながら導くための導磁路を構成している。
主磁極層６は、ＡＢＳ７０からハイト方向後方に向かって延びており、主磁極部６１及び補助磁極部６２を含む。主磁極部６１及び補助磁極部６２は、設計仕様によっては上下（Ｚ方向）逆に配置することもできる。
補助磁極部６２は、ＡＢＳ７０よりも後退した位置からハイト方向に延びている。この補助磁極部６２は、例えば、主磁極部６１に対してリーディング側に配置されているとともに、図７に示すように、矩形型の平面形状（幅Ｗ２）を有している。補助磁極部６２は、上述したように、主磁極部６１のトレーリング側に配置されていてもよい。
主磁極部６１は、ＡＢＳ７０からハイト方向後方に向かって延びている。この主磁極部６１は、例えば、図７に示すように、ＡＢＳ７０からハイト方向後方に向かって延びる幅の狭い第１磁極部６１１と、第１磁極部６１１の後方に連続する幅の広い第２磁極部６１２とを含む。
第１磁極部６１１は、実質的な磁束の放出部分であり、記録トラック幅を規定する一定の幅Ｗ１を有している。第２磁極部６１２は、第１磁極部６１１に磁束を供給する部分であり、第１磁極部６１１の幅Ｗ１よりも大きな幅Ｗ２を有している。第２磁極部６１２の幅Ｗ２は、ハイト方向前方において第１磁極部６１１へ近づくに従って次第に狭くなる。第１磁極部６１１が小さな幅Ｗ１を有することで、微細な書き込み磁界の発生が可能となり、トラック幅を高記録密度化に対応した微小値に設定することが可能となる。
主磁極部６１は、ＡＢＳ７０において、例えば、上辺側（＋Ｚ側）が下辺側（−Ｚ側）より広く、下方向（−Ｚ方向）に向かうに従い、その幅が狭くなる、いわゆる逆台形形状の端面６１ａを有する（図８参照）。
主磁極層６（主磁極部６１及び補助磁極部６２）は、高い飽和磁束密度を有する軟磁性材料により構成されており、例えば、Ｆｅを主成分とする鉄系合金材料（ＦｅＮｉ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ、ＦｅＮ又はＦｅＺｒＮ等）である軟磁性材料により構成され得る。主磁極部６１と補助磁極部６２とを別体にして、それぞれ異なる軟磁性材料により構成されるようにしてもよい。例えば、主磁極部６１が、補助磁極部６２よりも高い飽和磁束密度を有する軟磁性材料により構成されるようにしてもよい。
図９に示すように、ＡＢＳ７０の近傍に位置する主磁極部６１の上側（＋Ｚ側）端面及び下側（−Ｚ側）端面は、ＡＢＳ７０に向って主磁極部６１の厚さ（Ｚ方向厚さ）を漸減させるようにテーパ状に構成されている。これにより、主磁極部６１（第１磁極部６１１）から発する記録用磁束を、ＡＢＳ７０においてより集束させることができる。
主磁極部６１とトレーリングシールド７との間のギャップ（ライトギャップ）には、本実施形態に係る下地積層体１１を含む積層素子としてのスピントルク発振子１０（図１参照）が設けられている。スピントルク発振子１０は、主磁極部６１に下地積層体１１（図１参照）を隣接させ、トレーリングシールド７にキャップ層１５（図１参照）を隣接させるようにして、ライトギャップに設けられている。本実施形態において、スピントルク発振子１０の下地積層体１１が薄膜化されていることで、ライトギャップの狭小化が可能となる。当該ライトギャップは、例えば、１５〜４０ｎｍ程度に設定され得る。
トレーリングシールド７及びリーディングシールド８は、主磁極部６１から発して広がった記録用磁束を取り込む機能を有する。トレーリングシールド７は、ＡＢＳ７０に達しており、磁気ディスク１００の記録層（垂直磁化層）の下に設けられた軟磁性裏打ち層からリターンしてきた磁束の導磁路としての役割を果たしている。トレーリングシールド７及びリーディングシールド８の厚さ（ＡＢＳ７０に面した部分におけるハイト方向の最小厚さ）Ｔ７，Ｔ８（図９参照）は、例えば、０．０５〜１μｍ程度に設定され得る。トレーリングシールド７及びリーディングシールド８は、例えば、高飽和磁束密度を有する、ＮｉＦｅ（パーマロイ）又は主磁極層６と同様の鉄系合金材料等により構成され得る。
ＡＢＳ７０からハイト方向後方において、主磁極層６とトレーリングシールド７との間に、それらを電気的に絶縁する絶縁体からなる第１バックギャップ層７ｂが配置され、主磁極層６とリーディングシールド８との間に、それらを電気的に絶縁する絶縁体からなる第２バックギャップ層８ｂが配置される。
第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂは、磁気ディスク１００への磁気記録のための磁束を発生させるものであり、例えば、銅（Ｃｕ）等の高導電性材料により構成されている。第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂは、それぞれ、連結部７ａ，８ａ、第１バックギャップ層７ｂ及び第２バックギャップ層８ｂを中心として巻回された巻回構造（スパイラル構造）を有する。第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂは、それぞれ、一方端から他方端に至るまで連続する２ターンループ形状に構成されており、絶縁層ＩＬ１，ＩＬ２の略上部に前ターン部をそれぞれ有する。
第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂの前ターン部よりもハイト方向奥方の部位には、絶縁層ＩＬ３を介して非磁性層ＮＭＬが設けられている。この非磁性層ＮＭＬは、トレーリングシールド７の上にも連続的に設けられており、ＡＢＳ７０にまで至っている。非磁性層ＮＭＬは、主として保護層として機能を果たしている。
なお、本実施形態において、第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂのターン数は２ターンであるが、この態様に限定されるものではなく、１〜４ターンの範囲内で適宜設定され得る。
第１コイル９ａ及び第２コイル９ｂは複数のターンを有しており、巻回されているコイル間隙にはドライ膜の絶縁層ＩＬ４が埋め込まれていることが望ましい。ドライ膜の絶縁層ＩＬ４としては、いわゆるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で成膜されたアルミナ等の材料から構成されることが好ましい。ドライ膜の絶縁層ＩＬ４をコイル間隙に確実に充填・形成するためには、特に、コイルの形状が重要であり、特に、コイルが深さ方向に逆テーパ形状とならないようにすることが望ましい。
本実施形態において、主磁極層６（主磁極部６１）及びトレーリングシールド７のそれぞれは、端子９１，９２を介して、スピントルク発振子１０に駆動電流（直流電流）Ｉopを印加するための駆動電流回路（電源回路）９０に接続されている。駆動電流回路９０から供給される駆動電流（直流電流）Ｉopは、主磁極層６（主磁極部６１）、スピントルク発振子１０及びトレーリングシールド７の順に流れる。
駆動電流ＩOPが流れることで、スピン注入層１２の磁化により電子がスピン偏極する。スピン注入層１２のスピン偏極率が正である場合、スピン注入層１２の多数スピン（majority spin）と逆方向に偏極したスピン電子がスピン注入層で反射され、磁界発生層１４に注入される。この反射したスピン電子が磁界発生層１４の磁化のダンピングを打ち消すように作用することで、磁界発生層１４の磁化の歳差運動が誘起され、磁界発生層１４からマイクロ波磁界が発生する。このマイクロ波磁界を、主磁極層６からの記録磁界に重畳させることで、磁気異方性エネルギーＫｕの大きい磁気ディスク１００に信号を記録することができる。
なお、スピントルク発振子１０の層構成、マイクロ波磁界の発生機序等によっては、駆動電流ＩOPは、トレーリングシールド７、スピントルク発振子１０及び主磁極層６（主磁極部６１）の順に流れてもよい。
上記構成を有する本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１において、記録ヘッド１Ｂにおける記録素子としてのスピントルク発振子１０は、本実施形態に係る下地積層体１１を含むものであり、薄膜化が可能で、かつ優れた磁気特性を奏することができる。したがって、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１によれば、主磁極層６（主磁極部６１）とトレーリングシールド７との間のギャップ（ライトギャップ）を狭小化することができ、高記録密度化を達成することができる。
また、本実施形態におけるマイクロ波アシスト磁気ヘッド１において、再生ヘッド１Ａにおける再生素子として、本実施形態におけるスピントルク発振子１０又は磁気抵抗効果素子２０を用いることで、上部シールド層５及び下部シールド層３の間のギャップ（リードギャップ）を狭小化することができるため、磁気ディスク１００に記録されている信号を高分解能で読み出すことができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
上記実施形態において、スピントルク発振子１０の下地積層体１１上に、スピン注入層１２、非磁性スペーサ層１３、磁界発生層１４及びキャップ層１５がこの順に積層されてなる態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、本実施形態におけるスピントルク発振子１０は、下地積層体１１上に、磁界発生層１４、非磁性スペーサ層１３、スピン注入層１２及びキャップ層１５がこの順に積層されていてもよい。この場合において、スピントルク発振子１０における電流の流れる方向は、キャップ層１５側から下地積層体１１側に向かう方向であってもよいし、下地積層体１１側からキャップ層１５側に向かう方向であってもよい。前者の場合、スピン注入層１２の多数スピン（majority spin）と逆方向に偏極したスピン電子がスピン注入層１２で反射され、磁界発生層１４に注入され、この反射したスピン電子が磁界発生層１４の磁化のダンピングを打ち消すように作用することで、磁界発生層１４の磁化の歳差運動が誘起され、磁界発生層１４からマイクロ波磁界が発生する。一方、後者の場合には、スピン注入層１２から磁界発生層１４に注入された、スピン注入層１２の多数スピン（majority spin）と逆方向に偏極したスピン電子が、磁界発生層１４で反射されてスピン注入層１２に注入され、スピン注入層１２の磁化が反転し、磁界発生層１４に注入されるスピン電子の偏極方向も反転する。このスピン電子が磁界発生層１４の磁化のダンピングを打ち消すように作用することで、磁界発生層１４の磁化の歳差運動が誘起され、磁界発生層１４からマイクロ波磁界が発生する。
上記実施形態において、磁気抵抗効果素子２０の下地積層体１１上に、自由層２１、非磁性スペーサ層２２、参照層２３、非磁性金属層２６、ピン層２４及びキャップ層２５がこの順に積層されてなる態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、本実施形態における磁気抵抗効果素子２０は、下地積層体１１上に、ピン層２４、非磁性金属層２６、参照層２３、非磁性スペーサ層２２、自由層２１及びキャップ層２５がこの順に積層されていてもよい。
上記実施形態において、下地積層体１１を含む積層素子としてのスピントルク発振子１０をマイクロ波アシスト磁気ヘッド１の記録素子及び再生素子として用いる態様、並びに当該積層素子としての磁気抵抗効果素子２０をマイクロ波アシスト磁気ヘッド１の再生素子として用いる態様を例に挙げて説明したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。例えば、上記実施形態におけるスピントルク発振子１０や磁気抵抗効果素子２０を、携帯用電子機器等におけるリファレンスクロック、無線通信用送信機や無線通信用受信機等における周波数変換素子等のマイクロ波を利用する電子回路等に適用してもよいし、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）等に適用してもよい。
以下、実施例等を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例等に何ら限定されるものではない。
［実施例１］
シリコンウェハ上に、シード層として膜厚１０ÅのＴａＦｅ合金層（Ｔａ：Ｆｅ＝２７（ａｔ％）：７３（ａｔ％））をスパッタリング法により形成した後、バッファー層として膜厚２０ÅのＩｒＣｒ合金層をスパッタリング法により形成することで、下地積層体（総膜厚３０Å）を作製した。当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｅ１を作製した。
［実施例２］
シード層として膜厚１０ÅのＴａＣｏ合金層（Ｔａ：Ｃｏ＝２７（ａｔ％）：７３（ａｔ％））を形成した以外は、実施例１と同様にして下地積層体を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｅ２を作製した。
［実施例３］
シード層として膜厚１０ÅのＴａＮｉ合金層（Ｔａ：Ｎｉ＝２７（ａｔ％）：７３（ａｔ％））を形成した以外は、実施例１と同様にして下地積層体を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｅ３を作製した。
［比較例１］
シード層として膜厚２０ÅのＴａ層を形成し、バッファー層として膜厚２０ÅのＣｕ層を形成した以外は、実施例１と同様にして下地積層体（総膜厚４０Å）を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｃｅ１を作製した。
［比較例２］
シード層として膜厚１０ÅのＴａ層を形成した以外は、実施例１と同様にして下地積層体（総膜厚３０Å）を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｃｅ２を作製した。
［比較例３］
バッファー層としてのＩｒＣｒ合金層の膜厚を２５Åとした以外は、比較例２と同様にして下地積層体（総膜厚３５Å）を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｃｅ３を作製した。
［比較例４］
シード層としてのＴａ層の膜厚を１０Åとした以外は、比較例１と同様にして下地積層体（総膜厚３０Å）を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｃｅ４を作製した。
［比較例５］
バッファー層としてのＣｕ層の膜厚を１０Åとした以外は、比較例１と同様にして下地積層体（総膜厚３０Å）を作製し、当該下地積層体のバッファー層上に、スピン注入層として［ＣｏＦｅ／Ｎｉ］20をスパッタリング法により形成し、積層体Ｌｃｅ５を作製した。
［試験例１］
実施例１〜３及び比較例１〜５の積層体Ｌｅ１〜Ｌｅ３，Ｌｃｅ１〜Ｌｃｅ５について、磁気トルクメーター（製品名：高感度磁気異方性トルク計 ＴＭ−ＴＲ１５５０−ＨＧＣ，玉川製作所社製）を用いて、スピン注入層の有効垂直磁気異方性エネルギーＫｅｆｆ（ｅｒｇ／ｃｍ3）を測定した。さらに、振動試料型磁力計（ＢＨ−Ｖシリーズ，理研電子社製）を用いて飽和磁化Ｍｓ（ｅｍｕ／ｃｍ3）を算出し、Ｋｕ＝Ｋｅｆｆ＋２πＭｓ2の関係式から、スピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）を算出した。結果を図１０に示す。
図１０は、実施例１〜３及び比較例１〜５の各積層体における垂直磁気異方性エネルギーＫｕの算出結果を示すグラフである。当該グラフにおいて、横軸は下地積層体の総膜厚（Å）を表し、縦軸はスピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）を表す。
図１０に示すグラフから、実施例１〜３の各積層体の下地積層体においては、比較例１〜５の各積層体の下地積層体に比べ、スピン注入層に高い垂直磁気異方性を誘導可能であることが確認された。一方、実施例１〜３の下地積層体と同一の総膜厚の下地積層体を有する比較例２，４，５においては、スピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕが低いことが確認された。また、比較例２及び比較例３の結果から、スピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕを高くするためには、下地積層体の総膜厚を厚くする必要があることが確認された。さらに、比較例１，４，５の結果から、シード層及びバッファー層がともに金属単体層により構成されると、スピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕを高くするためには、下地積層体の総膜厚を厚くしなければならないが、実施例１〜３のようにシード層をＴａ及び３ｄ遷移金属の合金層で構成し、バッファー層を［００１］面配向六方最密構造を有する、周期表の第６族金属および第９族金属を含む合金層で構成することで、下地積層体の総膜厚を薄くしても、スピン注入層に所望とする垂直磁気異方性を誘導させ得ることが確認された。
この結果から、Ｔａ及び３ｄ遷移金属の合金層（シード層）と、［００１］面配向六方最密構造を有する、周期表の第６族金属及び第９族金属を含む合金層（バッファー層）とを含む下地積層体によれば、当該下地積層体を薄くすることができ、かつその上に形成される磁性層に所望とする磁気特性を発揮させ得ると考えられる。
［試験例２］
実施例１〜３のそれぞれにおいて、シード層１１ａにおけるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ（３ｄ遷移金属）の組成比を変動させた積層体を作製し、試験例１と同様にして各積層体におけるスピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）を測定した。結果を図１１に示す。
図１１に示すグラフにおいて、横軸はシード層を構成する合金層におけるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉの組成比ＣＲ（ａｔ％）を表し、縦軸はスピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕ（ｅｒｇ／ｃｍ3）を表す。
図１１に示すグラフから、実施例１〜３の各積層体においては、シード層における３ｄ遷移金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等）の組成比を４０ａｔ％以上にし、Ｔａの組成比を６０ａｔ％以下にすることで、スピン注入層の垂直磁気異方性エネルギーＫｕを増大させ得ることが確認された。
１０…スピントルク発振子
１１…下地積層体
１１ａ…シード層
１１ｂ…バッファー層
１２…スピン注入層
１３…非磁性スペーサ層
１４…磁界発生層

Claims (9)

  1. シード層及びバッファー層がこの順で積層されてなる下地積層体と、第１強磁性層と、第２強磁性層と、非磁性スペーサ層とを含み、
    前記シード層は、タンタル（Ｔａ）と他の金属の少なくとも１種とを含む非晶質構造又は微結晶構造を有する合金層であり、
    前記バッファー層は、［００１］面配向六方最密構造を有する、周期表の第６族金属のうちの少なくとも１種と第９族金属のうちの少なくとも１種とを含む合金層であり、
    前記第１強磁性層は、膜面に対して垂直方向の磁気異方性を有し、
    前記第１強磁性層、前記非磁性スペーサ層及び前記第２強磁性層が、前記バッファー層上にこの順で積層されてなることを特徴とする積層素子。
  2. 前記第１強磁性層がスピン注入層であり、前記第２強磁性層が磁界発生層であることを特徴とする請求項１に記載の積層素子。
  3. 前記シード層は、前記タンタル（Ｔａ）と、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕからなる群より選択される少なくとも１種の金属とを含む合金層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層素子。
  4. 前記シード層は、前記タンタル（Ｔａ）と、Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉとを含む合金層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層素子。
  5. 前記シード層は、前記タンタル（Ｔａ）を６０ａｔ％以下含む合金層であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の積層素子。
  6. 前記バッファー層が、前記第６族金属としてのＣｒと、前記第９族金属としてのＲｈ又はＩｒとを含む合金層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の積層素子。
  7. 前記バッファー層が、前記第６族金属を３０ａｔ％以上含み、前記第９族金属を３０ａｔ％以上含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の積層素子。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の積層素子を備えることを特徴とする磁気センサ。
  9. 磁気記録媒体に対して印加される記録磁界を発生させる主磁極と、
    前記主磁極と磁路を形成するトレーリングシールドと、
    前記主磁極及び前記トレーリングシールドの間に設けられてなる請求項２に記載の積層素子と
    を備えることを特徴とするマイクロ波アシスト磁気ヘッド。
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