JP4811497B2 - 一対のシールド層に結合する一対の自由層を有する磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子、ならびに、磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置に関する。

近年、磁気ディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、基板に対して、読み出し用の磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ（Magnetoresistive）素子とも記す。）を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。

ＭＲ素子としては、巨大磁気抵抗（Giant Magnetoresistive）効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗（Tunneling Magnetoresistive）効果を用いたＴＭＲ素子等がある。

再生ヘッドの特性としては、高感度および高出力であることが要求される。この要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を用いたものが量産されている。

スピンバルブ型ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子は、一般的には、自由層と、固定層と、これらの間に配置されたスペーサ層と、固定層におけるスペーサ層とは反対側に配置された反強磁性層とを有している。自由層は信号磁界に応じて磁化の方向が変化する強磁性層である。固定層は、磁化の方向が固定された強磁性層である。反強磁性層は、固定層との交換結合により、固定層における磁化の方向を固定する層である。スペーサ層は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子においては非磁性導電層であり、ＴＭＲ素子においてはトンネルバリア層である。

ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドには、信号磁界検出用の電流（以下、センス電流という。）を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して平行な方向に流すＣＩＰ（Current In Plane）構造の再生ヘッドと、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面と交差する方向、例えばＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造の再生ヘッドとがある。

また、再生ヘッドは、ＭＲ素子を挟む一対のシールドを備えている。２つのシールド間の距離は、再生ギャップ長と呼ばれる。近年、記録密度の増大に伴い、再生ヘッドに対しては、トラック幅の縮小と、再生ギャップ長の縮小の要求が強くなってきている。

再生ギャップ長の縮小を可能とするＭＲ素子として、例えば特許文献１，２に記載されているように、いずれも自由層として機能する２つの強磁性層と、この２つの強磁性層の間に配置されたスペーサ層とを有するＭＲ素子（以下、３層構造のＭＲ素子という。）が提案されている。この３層構造のＭＲ素子では、２つの強磁性層は、これらに外部からの磁界が印加されない状態では、トラック幅方向に平行で且つ互いに反平行であり、外部からの磁界に応じて方向が変化する磁化を有している。

３層構造のＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、２つの強磁性層にバイアス磁界が印加される。バイアス磁界は、２つの強磁性層の磁化の方向を、それぞれトラック幅方向に対しておよそ４５度の角度をなすように変化させる。これにより、２つの強磁性層の磁化の方向がなす相対角度は、およそ９０度となる。この再生ヘッドに対して、記録媒体からの信号磁界が印加されると、２つの強磁性層の磁化の方向がなす相対角度が変化し、その結果、ＭＲ素子の抵抗値が変化する。この再生ヘッドでは、ＭＲ素子の抵抗値を検出することによって、信号磁界を検出することができる。３層構造のＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、従来のＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドに比べて、大幅に再生ギャップ長を縮小することが可能である。

米国特許第７，０３５，０６２ Ｂ１号明細書 米国特許第６，１６９，６４７ Ｂ１号明細書

３層構造のＭＲ素子において、外部からの磁界が印加されない状態で２つの強磁性層の磁化の方向が互いに反平行になるようにする方法の１つとして、ＲＫＫＹ相互作用によって、スペーサ層を介して２つの強磁性層を反強磁性的に結合させる方法がある。

しかしながら、この方法では、２つの強磁性層を反強磁性的に結合させることの可能なスペーサ層の材料および厚みが限定されるという問題点がある。また、この方法では、スペーサ層の材料が非磁性導電材料に限定されるため、高出力が期待されるＴＭＲ素子や、同じく高出力が期待されるＭＲ素子であって、スペーサ層が電流を通過させる部分と電流の通過を阻止する部分とを含む電流狭窄型のＣＰＰ構造のＧＭＲ素子に適用することができない。また、この方法では、２つの強磁性層の磁化の方向が互いに反平行になるようにすることができたとしても、それらの磁化の方向を確実にトラック幅方向に平行にすることが難しいという問題点がある。

特許文献２には、３層構造のＭＲ素子において、２つの強磁性層のスペーサ層とは反対側に配置された２つの反強磁性層によって、２つの強磁性層の磁化の方向が互いに反平行になるように、２つの強磁性層の磁化の方向を弱く固定する方法が記載されている。

しかしながら、この方法では、２つの反強磁性層の存在により、再生ギャップ長の縮小が困難になるという問題点がある。また、この方法では、２つの反強磁性層より発生される交換結合磁界の方向を互いに反平行にする必要があるが、それを実現するような、２つの反強磁性層に対する熱処理（アニール）は非常に困難であるという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部からの磁界に応じて磁化の方向が変化する２つの自由層と、これらの間に配置されたスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子において、スペーサ層を介した２つの自由層の反強磁性的結合を利用することなく、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層の磁化の方向を互いに反平行にすることができるようにした磁気抵抗効果素子、ならびに、磁気抵抗効果素子を有する薄膜磁気ヘッド、ヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置を提供することにある。

本発明の磁気抵抗効果素子は、第１および第２のシールド部と、第１および第２のシールド部の間に配置されたＭＲ積層体とを備えている。ＭＲ積層体と第２のシールド部は、第１のシールド部の上に順に積層されている。第１のシールド部は、第１の主シールド層と、第１の主シールド層とＭＲ積層体との間に配置された第１の交換結合シールド層とを有している。第２のシールド部は、第２の主シールド層と、第２の主シールド層とＭＲ積層体との間に配置された第２の交換結合シールド層とを有している。

第１の交換結合シールド層は、第１の主シールド層の上に配置された非磁性導電材料よりなる下地層と、下地層の上に配置された第１の反強磁性層と、第１の反強磁性層とＭＲ積層体との間に配置された第１の磁化制御層とを有している。第２の交換結合シールド層は、第２の反強磁性層と、第２の反強磁性層とＭＲ積層体との間に配置された第２の磁化制御層とを有している。ＭＲ積層体は、第１の磁化制御層と磁気的に結合して、磁化の方向が制御された第１の自由層と、第２の磁化制御層と磁気的に結合して、磁化の方向が制御された第２の自由層と、第１および第２の自由層の間に配置された非磁性材料よりなるスペーサ層とを含んでいる。

第１の磁化制御層は、第１の反強磁性層と交換結合する第１の強磁性層を含んでいる。第２の磁化制御層は、第２の反強磁性層と交換結合する第２の強磁性層を含んでいる。第１の磁化制御層と第２の磁化制御層の一方のみが、更に、第１または第２の強磁性層とＭＲ積層体との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性中間層と、非磁性中間層とＭＲ積層体との間に配置され、非磁性中間層を介して第１または第２の強磁性層と反強磁性的に交換結合する第３の強磁性層とを含んでいる。

本発明は、第１の主シールド層の上に下地層が配置され、この下地層の上に第１の反強磁性層が配置されるという特徴を有している。この特徴により、本発明によれば、第１の磁化制御層が非磁性中間層と第３の強磁性層とを含む場合と、第２の磁化制御層が非磁性中間層と第３の強磁性層とを含む場合のいずれの場合においても、第１の反強磁性層と第１の強磁性層との間で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。本発明において、第１の磁化制御層が非磁性中間層と第３の強磁性層とを含む場合には、更に、第１の強磁性層と第３の強磁性層との間で発生する交換結合磁界も大きくすることができる。

本発明の磁気抵抗効果素子において、下地層は、ＴａとＲｕの少なくとも一方を含んでいてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含んでいてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、第２の交換結合シールド層は、更に、第２の反強磁性層と第２の主シールド層との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性キャップ層を有していてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、ＭＲ積層体は、更に、第１の磁化制御層と第１の自由層との間に配置され、第１の磁化制御層と第１の自由層を磁気的に結合させる第１の結合層と、第２の磁化制御層と第２の自由層との間に配置され、第２の磁化制御層と第２の自由層を磁気的に結合させる第２の結合層とを含んでいてもよい。第１および第２の結合層は、いずれも、非磁性導電層と、この非磁性導電層を挟む２つの磁性層とを含んでいてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子は、更に、第１および第２のシールド部の間において、ＭＲ積層体に対して、ＭＲ積層体を構成する複数の層の積層方向に直交する方向に隣接するように配置され、第１および第２の自由層に対してバイアス磁界が印加されない状態と比較して、第１の自由層の磁化の方向と第２の自由層の磁化の方向が変化するように、第１および第２の自由層に対してバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加層を備えていてもよい。

バイアス磁界印加層は、第１の自由層の磁化の方向と第２の自由層の磁化の方向が直交するように、第１および第２の自由層に対してバイアス磁界を印加してもよい。

第１の磁化制御層は、上面と下面とを有し、上面は、ＭＲ積層体に接する第１の部分と、バイアス磁界印加層の下方に凹部が形成されるように、第１の部分に比べて下面の近くに位置する第２の部分とを含んでいてもよい。この場合、磁気抵抗効果素子は、更に、第２の部分の上に配置された絶縁膜を備え、バイアス磁界印加層は、絶縁膜の上に配置されていてもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、第１の磁化制御層が、非磁性中間層と第３の強磁性層とを含み、第３の強磁性層は、第１の磁化制御層の上面を構成する上面と、非磁性中間層に接する下面とを有していてもよい。この場合、凹部の深さは、第１の部分と第３の強磁性層の下面との間の距離の２分の１以下であってもよい。

また、本発明の磁気抵抗効果素子において、第２の磁化制御層が、非磁性中間層と第３の強磁性層とを含み、第１の強磁性層は、第１の磁化制御層の上面を構成する上面と、第１の反強磁性層に接する下面とを有していてもよい。この場合、凹部の深さは、第１の部分と第１の強磁性層の下面の間の距離の２分の１以下であってもよい。

本発明の薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面の近傍に配置された本発明の磁気抵抗効果素子とを備えたものである。

本発明のヘッドアセンブリは、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたものである。

本発明の磁気ディスク装置は、本発明の薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される記録媒体に対向するように配置されるスライダと、スライダを支持すると共に記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えたものである。

本発明では、第１の磁化制御層の第１の強磁性層が第１の反強磁性層と交換結合して、第１の強磁性層の磁化の方向が設定される。また、第２の磁化制御層の第２の強磁性層が第２の反強磁性層と交換結合することにより、第２の強磁性層の磁化の方向が設定される。また、第１の磁化制御層と第２の磁化制御層の一方のみに含まれる第３の強磁性層が非磁性中間層を介して第１または第２の強磁性層と反強磁性的に交換結合することにより、第３の強磁性層の磁化の方向が設定される。更に、第１の自由層が第１の磁化制御層と磁気的に結合して、その磁化の方向が制御され、第２の自由層が第２の磁化制御層と磁気的に結合して、その磁化の方向が制御される。これにより、本発明によれば、スペーサ層を介した２つの自由層の反強磁性的結合を利用することなく、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層の磁化の方向を互いに反平行にすることが可能になるという効果を奏する。

また、本発明によれば、第１の主シールド層の上に下地層が配置され、この下地層の上に第１の反強磁性層が配置されていることにより、第１の磁化制御層が非磁性中間層と第３の強磁性層とを含む場合と、第２の磁化制御層が非磁性中間層と第３の強磁性層とを含む場合のいずれの場合においても、第１の反強磁性層と第１の強磁性層との間で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。本発明において、第１の磁化制御層が非磁性中間層と第３の強磁性層とを含む場合には、更に、第１の強磁性層と第３の強磁性層との間で発生する交換結合磁界も大きくすることができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、第１の反強磁性層と第１の強磁性層との間で発生する交換結合磁界を大きくすることができることから、第１の磁化制御層の上面において、バイアス磁界印加層の下方に位置する凹部を形成した場合でも、凹部が形成された部分における第１の強磁性層または第３の強磁性層の厚みが小さくなりすぎることを防止でき、その結果、第１の強磁性層または第３の強磁性層のシールドとしての機能を十分に発揮させることが可能になるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 図１に示した磁気抵抗効果素子の媒体対向面および基板の上面に垂直な断面を示す断面図である。 図１におけるＭＲ積層体を拡大して示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の動作を説明するための説明図である。 第１の比較例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 磁気抵抗効果素子の再生出力波形のアシンメトリについて説明するための説明図である。 交換結合磁界の測定方法について説明するための説明図である。 第２の比較例の磁気抵抗効果素子の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドを含むスライダを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気ディスク装置の要部を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施の形態に係る磁気ディスク装置の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 図１７に示した磁気抵抗効果素子の媒体対向面および基板の上面に垂直な断面を示す断面図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。始めに、図１３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドを含むスライダ２１０について説明する。磁気ディスク装置において、スライダ２１０は、回転駆動される円盤状の記録媒体（磁気ディスク）に対向するように配置される。図１３において、Ｘ方向は記録媒体のトラック横断方向であり、Ｙ方向は記録媒体の表面に垂直な方向であり、Ｚ方向はスライダ２１０から見た記録媒体の進行方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交している。スライダ２１０は、基体２１１を備えている。基体２１１は、ほぼ六面体形状をなしている。基体２１１の六面のうちの一面は、記録媒体の表面に対向するようになっている。この一面には、記録媒体に対向する媒体対向面４０が形成されている。記録媒体が回転してＺ方向に進行すると、記録媒体とスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図１３におけるＹ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によって記録媒体の表面から浮上するようになっている。スライダ２１０の空気流出側の端部（図１３における左下の端部）の近傍には、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッド１００が形成されている。

次に、図４および図５を参照して、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成について説明する。図４は薄膜磁気ヘッドの構成を示す断面図である。図５は薄膜磁気ヘッドの媒体対向面を示す正面図である。なお、図４は媒体対向面および基板の上面に垂直な断面を示している。図４および図５には、図１３に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図４において、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向に直交する方向であり、図５において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向である。

図４に示したように、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０を備えている。また、図４および図５に示したように、薄膜磁気ヘッドは、アルミニウムオキサイド・チタニウムカーバイド（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１と、この基板１の上に配置されたアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の絶縁材料よりなる絶縁層２と、この絶縁層２の上に配置された第１の再生シールド部３と、この第１の再生シールド部３の上に配置されたＭＲ積層体５、バイアス磁界印加層６および絶縁リフィル層７とを備えている。

ＭＲ積層体５は、第１の再生シールド部３に接する底面と、底面とは反対側の上面と、媒体対向面４０に配置された前端面と、前端面とは反対側の後端面と、トラック幅方向（図５におけるＸ方向）の両側に位置する２つの側面とを有している。バイアス磁界印加層６は、図示しない絶縁膜を介してＭＲ積層体５の後端面に隣接するように配置されている。絶縁リフィル層７は、ＭＲ積層体５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、ＭＲ積層体５、バイアス磁界印加層６および絶縁リフィル層７の上に配置された第２の再生シールド部８と、この第２の再生シールド部８の上に配置されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層９とを備えている。

第１の再生シールド部３から第２の再生シールド部８までの部分は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と記す。）を構成する。このＭＲ素子は、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドを構成する。ＭＲ素子の構成については、後で詳しく説明する。

薄膜磁気ヘッドは、更に、分離層９の上に配置された磁性材料よりなる磁性層１０と、磁性層１０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層１１とを備えている。磁性層１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。磁性層１０および絶縁層１１の上面は平坦化されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、磁性層１０および絶縁層１１の上に配置された絶縁膜１２と、この絶縁膜１２の上に配置されたヒーター１３と、絶縁膜１２との間でヒーター１３を挟むように絶縁膜１２およびヒーター１３の上に配置された絶縁膜１４とを備えている。ヒーター１３の機能および材料については、後で説明する。絶縁膜１２，１４は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、磁性層１０の上に配置された第１の記録シールド１５を備えている。第１の記録シールド１５は、磁性層１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。図４に示した例では、媒体対向面４０に垂直な方向（図４におけるＹ方向）についての第２層１５Ｂの長さが、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも小さくなっている。しかし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第２層１５Ｂの長さは、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さと等しくてもよいし、媒体対向面４０に垂直な方向についての第１層１５Ａの長さよりも大きくてもよい。

薄膜磁気ヘッドは、更に、絶縁膜１４の上に配置された導電材料よりなるコイル１６と、このコイル１６の巻線間およびコイル１６と第１層１５Ａとの間に充填された絶縁層１７と、第１層１５Ａ、コイル１６および絶縁層１７の周囲に配置された絶縁層１８とを備えている。コイル１６は、平面渦巻き形状をなしている。コイル１６は、中心側の端部近傍の部分であって、後述する他のコイルに接続される部分である接続部１６ａを含んでいる。絶縁層１７は、例えばフォトレジストによって形成されている。絶縁層１８は、例えばアルミナによって形成されている。第１層１５Ａ、コイル１６、絶縁層１７および絶縁層１８の上面は平坦化されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、接続部１６ａの上に配置された導電材料よりなる接続層１９と、第２層１５Ｂおよび接続層１９の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２０とを備えている。接続層１９は、第２層１５Ｂと同じ材料によって形成されていてもよい。第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上面は平坦化されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、第２層１５Ｂ、接続層１９および絶縁層２０の上に配置された第１のギャップ層２３を備えている。この第１のギャップ層２３には、接続層１９の上面に対応する位置に開口部が形成されている。第１のギャップ層２３は、アルミナ等の非磁性且つ絶縁性の材料によって形成されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、第１のギャップ層２３の上に配置された磁性材料よりなる磁極層２４と、接続層１９の上に配置された導電材料よりなる接続層２５と、磁極層２４および接続層２５の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層２６とを備えている。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有している。接続層２５は、第１のギャップ層２３の開口部を通して接続層１９に接続されている。接続層２５は、磁極層２４と同じ材料によって形成されていてもよい。

薄膜磁気ヘッドは、更に、非磁性材料よりなり、磁極層２４の上面の一部の上に配置された非磁性層４１を備えている。非磁性層４１は、例えば無機絶縁材料または金属材料よりなる。非磁性層４１として用いられる無機絶縁材料としては、アルミナ、ＳｉＯ₂等がある。非磁性層４１として用いられる金属材料としては、Ｒｕ、Ｔｉ等がある。

薄膜磁気ヘッドは、更に、磁極層２４の一部および非磁性層４１の上に配置された第２のギャップ層２７を備えている。非磁性層４１および第２のギャップ層２７は、磁極層２４の上面のうち媒体対向面４０から離れた一部分と接続層２５の上面は覆っていない。第２のギャップ層２７は、アルミナ等の非磁性材料によって形成されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、第２のギャップ層２７の上に配置された第２の記録シールド２８を備えている。第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、磁性材料によって形成されている。第１層２８Ａおよび第２層２８Ｂは、それぞれ、媒体対向面４０に配置された端面を有している。

薄膜磁気ヘッドは、更に、媒体対向面４０から離れた位置において磁極層２４の上に配置された磁性材料よりなるヨーク層２９と、接続層２５の上に配置された導電材料よりなる接続層３０と、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および接続層３０の周囲に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３１とを備えている。ヨーク層２９および接続層３０は、第１層２８Ａと同じ材料によって形成されていてもよい。第１層２８Ａ、ヨーク層２９、接続層３０および絶縁層３１の上面は平坦化されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、ヨーク層２９および絶縁層３１の上に配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなる絶縁層３２を備えている。絶縁層３２には、第１層２８Ａの上面を露出させる開口部と、ヨーク層２９の上面のうち媒体対向面４０から遠い端部の近傍の部分を露出させる開口部と、接続層３０の上面を露出させる開口部とが形成されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、絶縁層３２の上に配置された導電材料よりなるコイル３３を備えている。コイル３３は、平面渦巻き形状をなしている。コイル３３は、中心側の端部近傍の部分であって、コイル１６の接続部１６ａに接続される部分である接続部３３ａを含んでいる。接続部３３ａは、接続層３０に接続され、接続層１９，２５，３０を介して接続部１６ａに接続されている。

薄膜磁気ヘッドは、更に、コイル３３を覆うように配置された絶縁層３４を備えている。絶縁層３４は、例えばフォトレジストによって形成されている。第２の記録シールド２８の第２層２８Ｂは、第１層２８Ａ、ヨーク層２９および絶縁層３４の上に配置され、第１層２８Ａとヨーク層２９とを接続している。

薄膜磁気ヘッドは、更に、第２層２８Ｂを覆うように配置されたアルミナ等の絶縁材料よりなるオーバーコート層３５を備えている。磁性層１０から第２層２８Ｂまでの部分は、記録ヘッドを構成する。図１３における基体２１１は、主に図４における基板１およびオーバーコート層３５によって構成されている。

以上説明したように、薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面４０と再生ヘッドと記録ヘッドとを備えている。再生ヘッドと記録ヘッドは、基板１の上に積層されている。再生ヘッドは記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置され、記録ヘッドは記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。この薄膜磁気ヘッドでは、記録ヘッドによって記録媒体に情報を記録し、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生する。

図４に示したように、再生ヘッドは、第１の再生シールド部３および第２の再生シールド部８と、記録媒体からの信号磁界を検出するために媒体対向面４０の近傍において第１の再生シールド部３と第２の再生シールド部８の間に配置されたＭＲ積層体５、バイアス磁界印加層６および絶縁リフィル層７とを備えている。バイアス磁界印加層６は、図示しない絶縁膜を介してＭＲ積層体５の後端面に隣接するように配置されている。絶縁リフィル層７は、ＭＲ積層体５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されている。ＭＲ積層体５は、ＴＭＲ素子またはＣＰＰ構造のＧＭＲ素子になっている。センス電流は、ＭＲ積層体５に対して、ＭＲ積層体５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ積層体５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流される。ＭＲ積層体５は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて抵抗値が変化する。ＭＲ積層体５の抵抗値はセンス電流より求めることができる。このようにして、再生ヘッドによって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

記録ヘッドは、磁性層１０、第１の記録シールド１５、コイル１６、第１のギャップ層２３、磁極層２４、非磁性層４１、第２のギャップ層２７、第２の記録シールド２８、ヨーク層２９およびコイル３３を有している。第１の記録シールド１５と第２の記録シールド２８のうち、第１の記録シールド１５の方が基板１に近い位置に配置されている。また、磁極層２４と第２の記録シールド２８のうち、磁極層２４の方が基板１に近い位置に配置されている。

コイル１６，３３は、記録媒体に記録する情報に応じた磁界を発生する。磁極層２４は、媒体対向面４０に配置された端面を有し、コイル１６，３３によって発生された磁界に対応する磁束を通過させると共に、垂直磁気記録方式によって情報を記録媒体に記録するための記録磁界を発生する。

第１の記録シールド１５は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側に配置された端面を有している。第１のギャップ層２３は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第１の記録シールド１５と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第１の記録シールド１５は、磁性層１０の上に配置された第１層１５Ａと、この第１層１５Ａの上に配置された第２層１５Ｂとを有している。コイル１６の一部は、磁性層１０と磁極層２４の間の空間を通過するように、第１層１５Ａの側方に配置されている。

磁性層１０は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能を有している。なお、図４には、磁性層１０の端面が媒体対向面４０に配置された例を示している。しかし、磁性層１０は、媒体対向面４０に配置された端面を有する第１の記録シールド１５に接続されているので、磁性層１０の媒体対向面４０により近い端面が媒体対向面４０から離れた位置に配置されていてもよい。

媒体対向面４０において、第１の記録シールド１５の端面（第２層１５Ｂの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第１のギャップ層２３による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第１の記録シールド１５の端面との間隔は、０．０５〜０．７μｍの範囲内であることが好ましく、０．１〜０．３μｍの範囲内であることがより好ましい。

第１の記録シールド１５は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。

第２の記録シールド２８は、磁性材料よりなり、媒体対向面４０において磁極層２４の端面に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側に配置された端面を有している。第２のギャップ層２７は、非磁性材料よりなり、媒体対向面４０に配置された端面を有し、第２の記録シールド２８と磁極層２４との間に配置されている。本実施の形態では、第２の記録シールド２８は、第２のギャップ層２７に隣接するように配置された第１層２８Ａと、この第１層２８Ａにおける第２のギャップ層２７とは反対側に配置されて、第１層２８Ａに接続された第２層２８Ｂとを有している。コイル３３の一部は、磁極層２４と第２の記録シールド２８によって囲まれた空間を通過するように配置されている。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置でヨーク層２９に接続されている。従って、第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０から離れた位置で、ヨーク層２９を介して磁極層２４に接続されている。磁極層２４、第２の記録シールド２８およびヨーク層２９は、コイル３３が発生する磁界に対応した磁束を通過させる磁路を形成する。

媒体対向面４０において、第２の記録シールド２８の端面（第１層２８Ａの端面）は、磁極層２４の端面に対して、第２のギャップ層２７による所定の小さな間隔を開けて記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置されている。媒体対向面４０における磁極層２４の端面と第２の記録シールド２８の端面との間隔は、第２の記録シールド２８がシールドとしての機能を十分に発揮することができるように、２００ｎｍ以下であることが好ましく、２５〜５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。

記録媒体に記録されるビットパターンの端部の位置は、媒体対向面４０における磁極層２４の第２のギャップ層２７側の端部の位置によって決まる。第２の記録シールド２８は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面より発生されて記録媒体の面に垂直な方向以外の方向に広がる磁束を取り込むことにより、この磁束が記録媒体に達することを阻止する。これにより、記録密度を向上させることができる。また、第２の記録シールド２８は、薄膜磁気ヘッドの外部から薄膜磁気ヘッドに印加された外乱磁界を取り込む。これにより、外乱磁界が磁極層２４に集中して取り込まれることによって記録媒体に対して誤った記録が行なわれることを防止することができる。また、第２の記録シールド２８は、磁極層２４の端面より発生されて、記録媒体を磁化した磁束を還流させる機能も有している。

なお、図４には、磁性層１０および第１の記録シールド１５が磁極層２４に接続されていない例を示している。しかし、磁性層１０と磁極層２４は、媒体対向面４０から離れた位置で接続されていてもよい。また、コイル１６は、記録ヘッドにおける必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。また、図４には、ヨーク層２９を、磁極層２４の上、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の前側（スライダにおける空気流出端側）に配置した例を示している。しかし、ヨーク層２９は、磁極層２４の下、すなわち磁極層２４に対して記録媒体の進行方向（Ｚ方向）の後側（スライダにおける空気流入端側）に配置してもよい。

ヒーター１３は、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面と記録媒体との間の距離を制御するために、磁極層２４を含む記録ヘッドの構成要素を加熱するものである。ヒーター１３には、図示しない２つのリードが接続されている。ヒーター１３は、例えば、Ｔａ膜、ＮｉＣｕ膜およびＴａ膜からなる積層膜や、ＮｉＣｒ膜によって形成されている。ヒーター１３は、２つのリードによって通電されて発熱し、記録ヘッドの構成要素を加熱する。これにより、記録ヘッドの構成要素が膨張し、媒体対向面４０に配置された磁極層２４の端面が記録媒体に近づく。

なお、図４および図５には、垂直磁気記録方式用の記録ヘッドを示したが、本実施の形態における記録ヘッドは、長手磁気記録方式用の記録ヘッドであってもよい。

ここで、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法の概略について説明する。本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法では、例えば、１枚の基板（ウェハ）に対して、複数の薄膜磁気ヘッドの構成要素を形成して、それぞれ後にスライダとなるスライダ予定部が複数列に配列された基礎構造物（substructure）を作製する。次に、この基礎構造物を切断して、１列に配列された複数のスライダ予定部を含むスライダ集合体を作製する。次に、基礎構造物を切断することによってスライダ集合体に形成された１つの面に対して研磨を行うことにより、スライダ集合体に含まれる各スライダ予定部に対して媒体対向面４０を形成する。次に、媒体対向面４０に浮上用レールを形成する。次に、複数のスライダ予定部が互いに分離されるようにスライダ集合体を切断して、それぞれ薄膜磁気ヘッドを含む複数のスライダを形成する。

次に、図１ないし図３を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子の構成について詳しく説明する。図１は、ＭＲ素子の媒体対向面４０に平行な断面を示す断面図である。図２は、ＭＲ素子の媒体対向面４０および基板１の上面に垂直な断面を示す断面図である。図３は、図１におけるＭＲ積層体を拡大して示す断面図である。図１ないし図３には、図１３に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図１および図３において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向であり、図２において、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向に直交する方向である。図１において記号ＴＷで示す矢印は、トラック幅方向を表している。トラック幅方向ＴＷは、Ｘ方向と同じ方向である。

ＭＲ素子は、第１の再生シールド部３および第２の再生シールド部８と、これらの間に配置されたＭＲ積層体５、絶縁膜４、２つの非磁性金属層９０、バイアス磁界印加層６、保護層６１および絶縁リフィル層７とを備えている。ＭＲ積層体５と第２の再生シールド部８は、第１の再生シールド部３の上に順に積層されている。第１の再生シールド部３は本発明における第１のシールド部に対応し、第２の再生シールド部８は本発明における第２のシールド部に対応する。

ＭＲ積層体５の平面形状（上方から見た形状）は、再生シールド部３，８の平面形状よりも小さい。絶縁膜４は、ＭＲ積層体５の２つの側面および後端面を覆うと共に、第１の再生シールド部３の上面のうち、ＭＲ積層体５が配置された部分以外の部分を覆っている。絶縁膜４は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。２つの非磁性金属層９０は、絶縁膜４を介してＭＲ積層体５の２つの側面に隣接するように配置されている。非磁性金属層９０は、Ｃｒ等の非磁性金属材料によって形成されている。バイアス磁界印加層６は、絶縁膜４を介してＭＲ積層体５の後端面に隣接するように配置されている。バイアス磁界印加層６は、主に、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ等の硬磁性材料（永久磁石材料）によって形成されている。保護層６１は、バイアス磁界印加層６と第２の再生シールド部８との間に配置されている。保護層６１は、ＮｉＣｒ等の非磁性導電材料によって形成されている。絶縁リフィル層７は、非磁性金属層９０およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されている。絶縁リフィル層７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成されている。

第１の再生シールド部３は、第１の主シールド層７１と、この第１の主シールド層７１とＭＲ積層体５との間に配置された第１の交換結合シールド層７２とを有している。第１の交換結合シールド層７２は、第１の主シールド層７１の上に配置された非磁性導電材料よりなる下地層７３と、この下地層７３の上に配置された第１の反強磁性層７４と、この第１の反強磁性層７４とＭＲ積層体５との間に配置された第１の磁化制御層７５とを有している。

第１の磁化制御層７５は、第１の反強磁性層７４と交換結合する第１の強磁性層７６と、この第１の強磁性層７６とＭＲ積層体５との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性中間層７７と、この非磁性中間層７７とＭＲ積層体５との間に配置された第３の強磁性層７８とを含んでいる。第３の強磁性層７８は、ＲＫＫＹ相互作用によって、非磁性中間層７７を介して第１の強磁性層７６と反強磁性的に交換結合している。

第２の再生シールド部８は、第２の主シールド層８１と、この第２の主シールド層８１とＭＲ積層体５との間に配置された第２の交換結合シールド層８２とを有している。第２の交換結合シールド層８２は、第２の反強磁性層８４と、この第２の反強磁性層８４とＭＲ積層体５との間に配置された第２の磁化制御層８５と、第２の反強磁性層８４と第２の主シールド層８１との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性キャップ層８３とを有している。第２の磁化制御層８５は、第２の反強磁性層８４と交換結合する第２の強磁性層８６のみを含んでいる。

第１の主シールド層７１、第１の強磁性層７６、第３の強磁性層７８、第２の主シールド層８１および第２の強磁性層８６は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の軟磁性材料によって形成されている。第１の主シールド層７１、第１の強磁性層７６、第３の強磁性層７８、第２の主シールド層８１および第２の強磁性層８６は、いずれも、余分な磁束を吸収するというシールドとしての機能を有する。

下地層７３は、例えばＴａとＲｕの少なくとも一方を含んでいる。非磁性キャップ層８３は、例えばＮｉＣｒによって形成されている。

反強磁性層７４，８４は、反強磁性材料によって形成されている。反強磁性層７４，８４に用いられる反強磁性材料は、非熱処理系反強磁性材料でもよいし、熱処理系反強磁性材料でもよい。非熱処理系反強磁性材料にはγ相を有するＭｎ合金等があり、具体的にはＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等がある。熱処理系反強磁性材料には規則結晶構造を有するＭｎ合金等があり、具体的にはＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ等がある。

非磁性中間層７７は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含んでいる。

第１の交換結合シールド層７２において、第１の強磁性層７６は第１の反強磁性層７４と交換結合し、これにより、第１の強磁性層７６の磁化が一定の方向を向くように、第１の強磁性層７６が単磁区化される。同様に、第２の交換結合シールド層８２において、第２の強磁性層８６は、第２の反強磁性層８４と交換結合し、これにより、第２の強磁性層８６の磁化が一定の方向を向くように、第２の強磁性層８６が単磁区化される。第１の強磁性層７６と第２の強磁性層８６の磁化の方向は、磁界中でのアニールによって設定され、その際の磁界方向によって決定される。従って、第１の強磁性層７６と第２の強磁性層８６の磁化の方向は、同じ方向である。具体的には、第１の強磁性層７６と第２の強磁性層８６の磁化の方向は、トラック幅方向ＴＷに平行な同じ方向である。

第１の交換結合シールド層７２において、第３の強磁性層７８は、非磁性中間層７７を介して第１の強磁性層７６と反強磁性的に交換結合する。これにより、第１の強磁性層７６と第３の強磁性層７８の磁化の方向が互いに反平行になり、第３の強磁性層７８の磁化が一定の方向を向くように、第３の強磁性層７８が単磁区化される。従って、第２の強磁性層８６と第３の強磁性層７８の磁化の方向は、互いに反平行になる。

図３に示したように、ＭＲ積層体５は、第１の自由層５２と、第２の自由層５４と、これら自由層５２，５４の間に配置された非磁性材料よりなるスペーサ層５３とを含んでいる。自由層５２，５４は、いずれも強磁性層である。ＭＲ積層体５は、更に、第１の磁化制御層７５と第１の自由層５２との間に配置された第１の結合層５１と、第２の自由層５４と第２の磁化制御層８５との間に配置された第２の結合層５５とを含んでいる。

第１の自由層５２は、第１の磁化制御層７５の第３の強磁性層７８と磁気的に結合する。第２の自由層５４は、第２の磁化制御層８５の第２の強磁性層８６と磁気的に結合する。第１の自由層５２および第２の自由層５４は、これらに第１および第２の磁化制御層７５，８５に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態では方向が互いに反平行であり、第１および第２の磁化制御層７５，８５に起因した磁界以外の外部からの磁界に応じて方向が変化する磁化を有している。自由層５２，５４は、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の保磁力が小さい強磁性材料によって形成されている。

なお、ＭＲ素子の外部からＭＲ素子に対して磁界が印加されない状態において、バイアス磁界印加層６が発生するバイアス磁界以外の自由層５２，５４に印加される磁界は、全て、磁化制御層７５，８５に起因した磁界である。従って、自由層５２，５４に、磁化制御層７５，８５に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態というのは、ＭＲ素子の外部からＭＲ素子に対して磁界が印加されない状態において、バイアス磁界印加層６が発生するバイアス磁界が自由層５２，５４に印加されない状態である。

ＭＲ積層体５がＴＭＲ素子である場合には、スペーサ層５３はトンネルバリア層である。この場合のスペーサ層５３は、アルミナ、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ等の絶縁材料によって形成される。ＭＲ積層体５がＣＰＰ構造のＧＭＲ素子である場合には、スペーサ層５３は非磁性導電層である。この場合のスペーサ層５３は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｕ等の非磁性導電材料、またはＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂等の酸化物半導体材料によって形成される。

第１の結合層５１は、第１の磁化制御層７５と第１の自由層５２を磁気的に結合させるための層である。第１の結合層５１は、第１の磁化制御層７５と第１の自由層５２との間の距離を調整する役割も有する。第１の結合層５１は、第１の磁化制御層７５における第３の強磁性層７８の上に順に積層された非磁性導電層５１ａ、磁性層５１ｂ、非磁性導電層５１ｃ、磁性層５１ｄ、非磁性導電層５１ｅを含んでいる。非磁性導電層５１ｅは、第１の自由層５２の下面に接している。非磁性導電層５１ａ，５１ｃ，５１ｅは、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性導電材料によって形成されている。磁性層５１ｂ，５１ｄは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の磁性材料によって形成されている。

第１の磁化制御層７５における第３の強磁性層７８と磁性層５１ｂは、非磁性導電層５１ａを介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合している。従って、第３の強磁性層７８と磁性層５１ｂの磁化の方向は互いに反平行である。磁性層５１ｂと磁性層５１ｄは、非磁性導電層５１ｃを介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合している。従って、磁性層５１ｂと磁性層５１ｄの磁化の方向は互いに反平行である。磁性層５１ｄと第１の自由層５２は、非磁性導電層５１ｅを介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合している。従って、磁性層５１ｄと第１の自由層５２の磁化の方向は互いに反平行である。その結果、第１の自由層５２と第３の強磁性層７８の磁化の方向は互いに反平行になる。このようにして、第１の磁化制御層７５は、第１の自由層５２の磁化を制御する。

第２の結合層５５は、第２の磁化制御層８５と第２の自由層５４を磁気的に結合させるための層である。第２の結合層５５は、第２の磁化制御層８５と第２の自由層５４との間の距離を調整する役割も有する。第２の結合層５５は、第２の自由層５４の上に順に積層された非磁性導電層５５ａ、磁性層５５ｂ、非磁性導電層５５ｃ、磁性層５５ｄ、非磁性導電層５５ｅを含んでいる。非磁性導電層５５ｅは、第２の磁化制御層８５の下面、すなわち第２の強磁性層８６の下面に接している。非磁性導電層５５ａ，５５ｃ，５５ｅは、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含む非磁性導電材料によって形成されている。磁性層５５ｂ，５５ｄは、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ等の磁性材料によって形成されている。

第２の結合層５５の構造は、第１の結合層５１の構造と上下方向に対称である。結合層５１，５５は、いずれも、非磁性導電層と、この非磁性導電層を挟む２つの磁性層とを含んでいる。

第２の磁化制御層８５における第２の強磁性層８６と磁性層５５ｄは、非磁性導電層５５ｅを介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合している。従って、第２の強磁性層８６と磁性層５５ｄの磁化の方向は互いに反平行である。磁性層５５ｄと磁性層５５ｂは、非磁性導電層５５ｃを介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合している。従って、磁性層５５ｄと磁性層５５ｂの磁化の方向は互いに反平行である。磁性層５５ｂと第２の自由層５４は、非磁性導電層５５ａを介して、ＲＫＫＹ相互作用によって反強磁性的に結合している。従って、磁性層５５ｂと第２の自由層５４の磁化の方向は互いに反平行である。その結果、第２の自由層５４と第２の強磁性層８６の磁化の方向は互いに反平行になる。このようにして、第２の磁化制御層８５は、第２の自由層５４の磁化を制御する。

このように、本実施の形態では、第３の強磁性層７８と第２の強磁性層８６の磁化の方向が互いに反平行であり、第１の自由層５２と第３の強磁性層７８の磁化の方向も互いに反平行であり、第２の自由層５４と第２の強磁性層８６の磁化の方向も互いに反平行であることから、第１の自由層５２と第２の自由層５４の磁化の方向は、互い反平行になる。

なお、第１および第２の結合層５１，５５の構成は、それぞれ、図３に示したような５層の構成に限らず、３層以外の複数の非磁性導電層と、隣接する非磁性導電層の間に配置された磁性層からなる構成や、１層のみの非磁性導電層からなる構成であってもよい。

第１および第２の結合層５１，５５の構成としては、それぞれ、３つ以上の奇数の数の非磁性導電層と、隣接する非磁性導電層の間に配置された偶数の数の磁性層からなる構成が好ましい。それは、この場合には、各結合層５１，５５内の複数の磁性層の磁気モーメントを相殺でき、これにより、結合層５１，５５が外部磁界に対して応答しにくくなるからである。

ここで、図２を参照して、本実施の形態におけるバイアス磁界印加層６の配置について詳しく説明する。図２に示したように、バイアス磁界印加層６は、第１の再生シールド部３および第２の再生シールド部８の間において、ＭＲ積層体５に対して、ＭＲ積層体５を構成する複数の層の積層方向に直交する方向（Ｙ方向）に隣接するように配置されている。

第１の磁化制御層７５は、上面７５ａと下面７５ｂとを有している。上面７５ａは、ＭＲ積層体５に接する第１の部分７５ａ１と、バイアス磁界印加層６の下方に凹部７９が形成されるように、第１の部分７５ａ１に比べて下面７５ｂの近くに位置する第２の部分７５ａ２とを含んでいる。絶縁膜４は、第２の部分７５ａ２の上に配置され、バイアス磁界印加層６は、絶縁膜４の上に配置されている。

本実施の形態では、第１の磁化制御層７５は、第１の強磁性層７６、非磁性中間層７７および第３の強磁性層７８を含んでいる。第３の強磁性層７８は、第１の磁化制御層７５の上面７５ａを構成する上面７８ａと、非磁性中間層７７に接する下面７８ｂとを有している。凹部７９は、第３の強磁性層７８の上面７８ａに形成されている。凹部７９は深さＤ２を有する。深さＤ２は、第１の磁化制御層７５の上面７５ａの第１の部分７５ａ１と第３の強磁性層７８の下面７８ｂの間の距離Ｄ１の２分の１以下であることが好ましい。その理由については、後で詳しく説明する。

バイアス磁界印加層６は、自由層５２，５４に対してバイアス磁界が印加されない状態と比較して、自由層５２，５４の磁化の方向が変化するように、自由層５２，５４に対してバイアス磁界を印加する。バイアス磁界印加層６は、自由層５２の磁化の方向と自由層５４の磁化の方向が直交するように、自由層５２，５４に対してバイアス磁界を印加するものであることが好ましい。

本実施の形態に係るＭＲ素子は、ＣＰＰ構造になっている。すなわち、信号磁界検出用の電流であるセンス電流は、ＭＲ積層体５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ積層体５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流される。第１の再生シールド部３と第２の再生シールド部８は、センス電流を、ＭＲ積層体５に対して、ＭＲ積層体５を構成する各層の面と交差する方向、例えばＭＲ積層体５を構成する各層の面に対して垂直な方向に流すための一対の電極を兼ねている。

ここで、本実施の形態に係るＭＲ素子の具体的な構成の一例について説明する。以下、この構成のＭＲ素子を、実施例のＭＲ素子と呼ぶ。なお、以下の説明において、各層の厚みは、複数の層が積層されている部分における各層の積層方向の寸法を言う。

表１は、実施例のＭＲ素子における第１の交換結合シールド層７２、ＭＲ積層体５および第２の交換結合シールド層８２の構成を示している。なお、実施例において、第１および第２の主シールド層７１，８１は、いずれもＮｉＦｅ層で構成している。第１および第２の主シールド層７１，８１の厚みは、例えば、１〜２μｍの範囲内である。また、実施例では、第１の自由層５２と第２の自由層５４を、それぞれ、３つの磁性層、すなわちＣｏＦｅ層とＣｏＦｅＢ層とＣｏＦｅ層を積層して構成している。また、実施例では、スペーサ層５３の材料がＭｇＯであることから、スペーサ層５３はトンネルバリア層であり、ＭＲ積層体５はＴＭＲ素子である。ＭＲ積層体５のトラック幅方向の寸法は５０ｎｍであり、媒体対向面４０に垂直な方向の寸法は６０ｎｍである。また、実施例では、第１の強磁性層７６、第２の強磁性層８６、第３の強磁性層７８を、それぞれ、３つの磁性層、すなわちＣｏＦｅ層とＮｉＦｅ層とＣｏＦｅ層を積層して構成している。強磁性層７６，８６，７８中のＣｏＦｅ層は、例えば７０原子％程度のＣｏと残余のＦｅを含む組成である。また、下地層７３は、２つの非磁性導電層、すなわちＴａ層とＲｕ層を積層して構成している。

実施例では、再生ギャップ長は、１９．８ｎｍとなる。また、絶縁膜４は、５ｎｍ厚みのアルミナ層で構成している。バイアス磁界印加層６は、３ｎｍの厚みのＣｒ層と、３０ｎｍの厚みのＣｏＰｔ層とを積層して構成している。このうち、ＣｏＰｔ層は硬磁性層であり、Ｃｒ層はＣｏＰｔ層に対する下地層である。保護層６１は、１０ｎｍの厚みのＣｒ層で構成している。

また、実施例では、凹部７９の深さＤ２を６ｎｍとした。第１の磁化制御層７５の上面７５ａの第１の部分７５ａ１と第３の強磁性層７８の下面７８ｂの間の距離Ｄ１は、第３の強磁性層７８の厚みと等しく、１７ｎｍである。従って、凹部７９の深さＤ２は、距離Ｄ１の２分の１以下という条件を満たす。

次に、本実施の形態に係るＭＲ素子の製造方法について説明する。この製造方法では、まず、例えばフレームめっき法によって、絶縁層２の上に所定のパターンの第１の主シールド層７１を形成する。次に、第１の主シールド層７１の上に、例えばスパッタ法によって、第１の交換結合シールド層７２を構成する各層を順に形成する。次に、第１の交換結合シールド層７２の上に、例えばスパッタ法によって、後にＭＲ積層体５を構成する各層となる膜を順に形成し、ＭＲ積層体５用の積層膜を形成する。

次に、ＭＲ積層体５用の積層膜を選択的にエッチングして、ＭＲ積層体５を形成する。このとき、後にバイアス磁界印加層６が配置される領域において、第３の強磁性層７８の一部をエッチングして、凹部７９を形成する。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁膜４を形成する。

次に、例えばスパッタ法によって、絶縁膜４を介してＭＲ積層体５の２つの側面に隣接するように、絶縁膜４の上に２つの非磁性金属層９０を形成する。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁膜４を介してＭＲ積層体５の後端面に隣接するように、絶縁膜４の上にバイアス磁界印加層６を形成し、更に、バイアス磁界印加層６の上に保護層６１を形成する。バイアス磁界印加層６は、凹部７９の上に、絶縁膜４を介して配置される。次に、例えばスパッタ法によって、絶縁リフィル層７を形成する。

次に、例えばスパッタ法によって、第２の交換結合シールド層８２を構成する各層を順に形成する。次に、フレームめっき法によって、所定のパターンの第２の主シールド層８１を形成する。

第１および第２の強磁性層７６，８６の磁化の方向と、バイアス磁界印加層６の磁化の方向は、互いに異なる温度でのアニールを含む別個の着磁処理により設定される。第１および第２の強磁性層７６，８６の磁化の方向と、バイアス磁界印加層６の磁化の方向は、それらの着磁処理における適正アニール温度が互いに異なることから、互いに異なる方向に設定することができる。

本実施の形態では、第１の主シールド層７１の上に、非磁性導電材料よりなる下地層７３を形成した後、この下地層７３の上に第１の反強磁性層７４を形成する。磁性層である第１の主シールド層７１の上に直接、第１の反強磁性層７４を形成すると、第１の主シールド層７１と第１の反強磁性層７４との間における結晶格子の不整合により、第１の反強磁性層７４の結晶性や配向性が劣化し、その結果、第１の反強磁性層７４と第１の強磁性層７６との間で発生する交換結合磁界が小さくなる。これに対し、本実施の形態では、第１の主シールド層７１の上に下地層７３を形成した後、この下地層７３の上に第１の反強磁性層７４を形成することにより、第１の反強磁性層７４の結晶性や配向性が良好になり、その結果、第１の反強磁性層７４と第１の強磁性層７６との間で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。更に、これにより、第１の強磁性層７６と第３の強磁性層７８との間で発生する交換結合磁界も大きくすることができる。これについては、後で実験の結果を参照して詳しく説明する。

下地層７３の材料としては、第１の主シールド層７１と第１の反強磁性層７４との間における結晶格子の不整合を緩和できる材料が好ましい。この観点から、下地層７３は、ＴａとＲｕの少なくとも一方を含むことが好ましい。

また、下地層７３は、第１の主シールド層７１の磁気的挙動が第１の反強磁性層７４に伝わらないように、第１の主シールド層７１と第１の反強磁性層７４とを磁気的に分離する機能も有している。この機能により、第１の反強磁性層７４が磁気的に安定し、その結果、第１の強磁性層７６の磁化方向の変動が抑制され、最終的には第１の自由層５２の磁化方向の変動が抑制される。

同様に、非磁性キャップ層８３は、第２の主シールド層８１の磁気的挙動が第２の反強磁性層８４に伝わらないように、第２の主シールド層８１と第２の反強磁性層８４とを磁気的に分離する機能を有している。この機能により、第２の反強磁性層８４が磁気的に安定し、その結果、第２の強磁性層８６の磁化方向の変動が抑制され、最終的には第２の自由層５４の磁化方向の変動が抑制される。

次に、図６ないし図８を参照して、本実施の形態に係るＭＲ素子の動作について説明する。図６ないし図８は、いずれも、ＭＲ積層体５とバイアス磁界印加層６を表している。図６ないし図８において、記号“Ｂ”を付した矢印は、バイアス磁界印加層６が発生するバイアス磁界を表している。記号“Ｍ１ｓ”を付した矢印は、第１および第２の磁化制御層７５，８５に起因した磁界以外の外部からの磁界（バイアス磁界を含む）が印加されない状態における第１の自由層５２の磁化の方向を表している。記号“Ｍ２ｓ”を付した矢印は、上記の外部からの磁界が印加されていない状態における第２の自由層５４の磁化の方向を表している。記号“Ｍ１”を付した矢印は、バイアス磁界Ｂが印加されている状態における第１の自由層５２の磁化の方向を表している。記号“Ｍ２”を付した矢印は、バイアス磁界Ｂが印加されている状態における第２の自由層５４の磁化の方向を表している。

図６に示したように、自由層５２，５４に外部からの磁界が印加されていない状態では、自由層５２，５４の磁化の方向は互いに反平行である。自由層５２，５４にバイアス磁界Ｂが印加されているが信号磁界は印加されていない状態では、自由層５２，５４の磁化の方向が非反平行になる。この状態において、第１の自由層５２の磁化の方向と第２の自由層５４の磁化の方向は、いずれも媒体対向面４０に対して４５度の角度をなし、自由層５２，５４の磁化の方向がなす相対角度θは９０度となることが好ましい。

図７は、自由層５２，５４にバイアス磁界Ｂが印加され、且つ、バイアス磁界Ｂと同じ方向の信号磁界Ｈが印加されている状態を表している。この状態では、第１の自由層５２の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度と、第２の自由層５４の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度は、いずれも、図６に示した状態に比べて大きくなる。その結果、自由層５２，５４の磁化の方向がなす相対角度θは、図６に示した状態に比べて小さくなる。

図８は、自由層５２，５４にバイアス磁界Ｂが印加され、且つ、バイアス磁界Ｂとは反対方向の信号磁界Ｈが印加されている状態を表している。この状態では、第１の自由層５２の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度と、第２の自由層５４の磁化の方向が媒体対向面４０に対してなす角度は、いずれも、図６に示した状態に比べて小さくなる。その結果、自由層５２，５４の磁化の方向がなす相対角度θは、図６に示した状態に比べて大きくなる。

このように、自由層５２，５４の磁化の方向がなす相対角度は、信号磁界に応じて変化し、その結果、ＭＲ積層体５の抵抗値が変化する。従って、このＭＲ積層体５の抵抗値を検出することによって、信号磁界を検出することができる。ＭＲ積層体５の抵抗値は、ＭＲ積層体５にセンス電流を流したときにＭＲ積層体５において発生する電位差より求めることができる。このようにして、ＭＲ素子によって、記録媒体に記録されている情報を再生することができる。

次に、本実施の形態に係るＭＲ素子の効果について説明する。本実施の形態では、第１の交換結合シールド層７２において、第１の強磁性層７６が第１の反強磁性層７４と交換結合し、第３の強磁性層７８が非磁性中間層７７を介して第１の強磁性層７６と反強磁性的に交換結合することにより、第３の強磁性層７８の磁化の方向が設定される。一方、第２の交換結合シールド層８２においては、第２の強磁性層８６が第２の反強磁性層８４と交換結合することにより、第２の強磁性層８６の磁化の方向が設定される。その結果、第２の強磁性層８６と第３の強磁性層７８の磁化の方向は、互いに反平行になる。また、第１の自由層５２は第３の強磁性層７８と磁気的に結合し、第２の自由層５４は第２の強磁性層８６と磁気的に結合する。その結果、２つの自由層５２，５４に第１および第２の磁化制御層７５，８５に起因した磁界以外の外部からの磁界が印加されない状態において、２つの自由層５２，５４の磁化の方向が互いに反平行にされる。このように、本実施の形態によれば、スペーサ層５３を介した２つの自由層の反強磁性的結合を利用することなく、外部からの磁界が印加されない状態で２つの自由層５２，５４の磁化の方向を互いに反平行にすることができる。そのため、本実施の形態では、スペーサ層５３の材料や厚みが、２つの自由層の反強磁性的結合を利用する場合のように限定されることがない。

また、本実施の形態によれば、それぞれシールドとして機能する第３の強磁性層７８と第２の強磁性層８６の各々とＭＲ積層体５との間に反強磁性層が存在しないので、再生ギャップ長を小さくすることができる。表１に示した構成では、再生ギャップ長は１９．８ｎｍであり、これは、３０ｎｍ程度である一般的なスピンバルブ型のＭＲ素子における再生ギャップ長に比べて大幅に小さくなっている。

また、本実施の形態では、第１の自由層５２の磁化の方向を決定する第３の強磁性層７８の磁化の方向と、第２の自由層５４の磁化の方向を決定する第２の強磁性層８６の磁化の方向を、互いに反平行にすることができる。そのため、本実施の形態では、第１の結合層５１と第２の結合層５５を、いずれも、結合層５１，５５内の複数の磁性層の磁気モーメントを相殺できる構成にすることが可能になる。これにより、結合層５１，５５が外部磁界に対して応答しにくくなり、ＭＲ素子の動作が安定する。

また、本実施の形態では、第１の磁化制御層７５の上面７５ａにおいて、バイアス磁界印加層６の下方に位置する凹部７９を形成し、この凹部７９の上に絶縁膜４を介してバイアス磁界印加層６を配置している。もし、第１の磁化制御層７５の上面７５ａに凹部７９を形成せずに、上面７５ａの上に絶縁膜４を介してバイアス磁界印加層６を配置すると、バイアス磁界印加層６中の硬磁性層の底面は、絶縁膜４およびバイアス磁界印加層６中の下地層の厚みの分だけ、ＭＲ積層体５の底面よりも高い位置に配置される。その結果、バイアス磁界印加層６中の硬磁性層の厚み方向の中心の位置が、ＭＲ積層体５のスペーサ層５３の厚み方向の中心の位置よりも大きく上方に偏ってしまう。この場合、自由層５２，５４のうち、下側の自由層５２に対して、バイアス磁界印加層６から十分なバイアス磁界を印加することができなくなる。そうすると、自由層５２，５４の磁化の方向がなす相対角度が９０度からずれ、その結果、再生出力波形のアシンメトリ（非対称性）が０からずれる。

これに対し、本実施の形態では、上述のように、第１の磁化制御層７５の上面７５ａに凹部７９を形成し、この凹部７９の上に絶縁膜４を介してバイアス磁界印加層６を配置していることから、凹部７９を形成しない場合に比べて、バイアス磁界印加層６中の硬磁性層の厚み方向の中心の位置を、ＭＲ積層体５のスペーサ層５３の厚み方向の中心の位置に近づけることができる。これにより、本実施の形態によれば、自由層５２，５４に対して、バイアス磁界印加層６から十分なバイアス磁界を印加することが可能になり、その結果、自由層５２，５４の磁化の方向がなす相対角度を９０度にして、再生出力波形のアシンメトリを０にすることが可能になる。

第１の磁化制御層７５の上面７５ａに凹部７９を形成すると、凹部７９が形成された部分における第３の強磁性層７８の厚みが小さくなる。凹部７９が形成された部分における第３の強磁性層７８の厚みが小さくなりすぎると、第３の強磁性層７８が、実効的にはトラック幅方向に長い形状となり、磁化容易軸がトラック幅方向に向く形状磁気異方性を有することになる。そうすると、外部磁界に対する第３の強磁性層７８の応答性が悪くなり、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能が損なわれる。

本実施の形態では、第１の交換結合シールド層７２が下地層７３を有することにより、上述の凹部７９を形成することによる問題を回避することができる。以下、その理由について説明する。本実施の形態では、第１の主シールド層７１の上に、非磁性導電材料よりなる下地層７３を配置し、この下地層７３の上に第１の反強磁性層７４を配置している。これにより、本実施の形態によれば、第１の反強磁性層７４と第１の強磁性層７６との間で発生する交換結合磁界を大きくすることができると共に、第１の強磁性層７６と第３の強磁性層７８との間で発生する交換結合磁界を大きくすることができる。一般的に、反強磁性層と強磁性層との間、または非磁性中間層を介した２つの強磁性層間に発生する交換結合磁界は、強磁性層の厚みが大きくなるほど小さくなる。本実施の形態によれば、下地層７３を設けることにより、下地層７３を設けない場合に比べて、第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界を大きくすることができる。そのため、第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界を同じにして比較すると、本実施の形態によれば、下地層７３を設けない場合に比べて、第３の強磁性層７８の厚みを大きくすることができる。これにより、本実施の形態によれば、第１の磁化制御層７５の上面７５ａすなわち第３の強磁性層７８の上面７８ａに凹部７９を形成しても、凹部７９が形成された部分における第３の強磁性層７８の厚みが小さくなりすぎることを防止でき、その結果、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能を十分に発揮させることができる。

以下、第１ないし第３の実験の結果を参照しながら、本実施の形態に係るＭＲ素子の効果について詳しく説明する。

［第１の実験］
第１の実験では、図１および表１に示した構成の実施例のＭＲ素子と、図９および表２に示した構成の第１の比較例のＭＲ素子とを作製し、それらの電磁変換特性を比較した。実施例のＭＲ素子では、第１の磁化制御層７５が、第１の強磁性層７６、非磁性中間層７７および第３の強磁性層７８を含むのに対し、第１の比較例のＭＲ素子では、図９に示したように、第１の磁化制御層７５は、第１の反強磁性層７４と交換結合する第１の強磁性層７６のみを含んでいる。第１の比較例のＭＲ素子において、第１の結合層５１の非磁性導電層５１ａは、第１の強磁性層７６に接している。

また、実施例のＭＲ素子では、ＭＲ積層体５の第２の結合層５５が、非磁性導電層５５ａ、磁性層５５ｂ、非磁性導電層５５ｃ、磁性層５５ｄおよび非磁性導電層５５ｅの５層で構成されているのに対し、第１の比較例のＭＲ素子では、ＭＲ積層体５の第２の結合層５５は、非磁性導電層５５ａ、磁性層５５ｂおよび非磁性導電層５５ｃの３層で構成されている。従って、第１の比較例では、第２の結合層５５の構造は、第１の結合層５１の構造と上下方向に対称ではない。これは、第１の比較例では、第１の結合層５１に接する第１の強磁性層７６と、第２の結合層５５に接する第２の強磁性層８６の磁化の方向が同じになるためである。第１の比較例のＭＲ素子におけるその他の構成は、実施例のＭＲ素子と同じである。第１の比較例のＭＲ素子における第１の交換結合シールド層７２、ＭＲ積層体５および第２の交換結合シールド層８２の具体的な構成を表２に示す。

第１の実験では、実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子の電磁変換特性を評価した。電磁変換特性は、後で説明するヘッドジンバルアセンブリを用いて、ＭＲ素子を含む薄膜磁気ヘッドを記録媒体の表面から浮上させて、ＭＲ素子によって記録媒体からの信号磁界を検出するときのＭＲ素子の特性である。電磁変換特性の１つに再生出力がある。ここで、再生出力を、任意の振幅を有し正負の極性が切り換わる信号磁界を印加したときのＭＲ素子の出力電圧の波形（以下、再生出力波形という。）における孤立波形の極大値と極小値の差（peak-to-peak value）と定義する。実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子の最大再生出力は、共に１５ｍＶであった。よって、再生出力の点では、実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子は同等である。

また、第１の実験では、実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子の分解能を評価した。分解能は、再生出力の周波数依存性を示すパラメータである。第１の実験では、分解能を、孤立波形で記録したときの再生出力を１９０ＭＨｚの周波数で記録したときの再生出力で割った値と定義して、これを求めた。その結果、実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子とで、分解能は同程度であった。

また、第１の実験では、実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子について、再生出力波形のアシンメトリ（非対称性）を測定した。再生出力波形のアシンメトリとは、任意の振幅を有し正負の極性が切り換わる信号磁界を印加したときのＭＲ素子の再生出力波形における、正負のそれぞれに対応する部分の非対称性を言う。ここで、図１０を参照して、第１の実験におけるＭＲ素子の再生出力波形のアシンメトリの測定方法について説明する。図１０において、横軸はＭＲ素子に対する印加磁界Ｈを示し、縦軸はＭＲ素子の出力電圧を示している。第１の実験では、図１０に示したように、印加磁界が＋２００Ｏｅ（１Ｏｅ＝７９．６Ａ／ｍ）のときのＭＲ素子の出力電圧と印加磁界が０のときのＭＲ素子の出力電圧との差（絶対値）をＡｍｐ（＋ｖｅ）とした。また、印加磁界が−２００ＯｅのときのＭＲ素子の出力電圧と印加磁界が０のときのＭＲ素子の出力電圧との差（絶対値）をＡｍｐ（−ｖｅ）とした。そして、ＭＲ素子の再生出力波形のアシンメトリを、以下の式で定義した。

｛Amp(+ve)−Amp(-ve)｝／｛Amp(+ve)＋Amp(-ve)｝

また、第１の実験では、実施例のＭＲ素子と第１の比較例のＭＲ素子について、振幅が２００Ｏｅで正負の極性が切り換わる信号磁界を印加したときの再生出力と、アシンメトリのばらつきを表すアシンメトリの標準偏差とを求めた。その結果、アシンメトリの標準偏差は、第１の比較例のＭＲ素子では１４％であったのに対し、実施例のＭＲ素子では１０％であった。この結果から、実施例のＭＲ素子によれば、第１の比較例のＭＲ素子に比べて、同等の再生出力と分解能を得ながら、アシンメトリのばらつきを小さくすることができることが分かる。第１の比較例のＭＲ素子に比べて、実施例のＭＲ素子のアシンメトリのばらつきが小さくなる理由は、以下のように考えられる。第１の比較例では、ＭＲ積層体５の第２の結合層５５において、磁性層５５ｂの磁気モーメントが相殺されないため、第２の結合層５５が外部磁界に対して不安定になりやすいと考えられる。これに対し、実施例では、ＭＲ積層体５の第１および第２の結合層５１，５５のいずれにおいても、各結合層５１，５５内の複数の磁性層の磁気モーメントを相殺できるため、結合層５１，５５が外部磁界に対して安定になると考えられる。

以上の第１の実験の結果から、本実施の形態において、第２の磁化制御層８５が第２の強磁性層８６のみを含み、第１の磁化制御層７５が第１の強磁性層７６、非磁性中間層７７および第３の強磁性層７８を含むことにより、アシンメトリのばらつきを小さくすることができることが分かる。

［第２の実験］
次に、第２の実験について説明する。第２の実験では、まず、下地層７３がない場合における第３の強磁性層７８の厚みと第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界の関係について調べた。交換結合磁界は、以下のようにして形成した複数の試料を用いて測定した。試料は、第１の主シールド層７１の上に、表１に示した構成の第１の反強磁性層７４、第１の強磁性層７６、非磁性中間層７７、第３の強磁性層７８を順に積層し、第３の強磁性層７８の上に、Ｃｕよりなるスペーサ層と、ＣｏＦｅ層とＮｉＦｅ層の積層膜よりなる自由層を順に積層して形成した。なお、試料毎に、第３の強磁性層７８の厚みは異なる。第３の強磁性層７８の厚みは、２つの厚み１ｎｍのＣｏＦｅ層に挟まれたＮｉＦｅ層の厚みを変えることによって変えた。

交換結合磁界は、以下のようにして測定した。まず、試料に対して、変化する磁界Ｈを印加しながら、試料のシート抵抗Ｒを測定して、磁界Ｈと試料のシート抵抗Ｒとの関係を示すヒステリシスループを作成した。磁界Ｈは、交換結合によって設定された第３の強磁性層７８の磁化方向と同じ方向か反対方向である。ここで、磁界Ｈの方向が、交換結合によって設定された第３の強磁性層７８の磁化方向と同じ方向であるとき、磁界Ｈを負の値で表し、磁界Ｈの方向が、交換結合によって設定された第３の強磁性層７８の磁化方向とは反対方向であるとき、磁界Ｈを正の値で表す。第２の実験では、試料に対して、所定の負の値の磁界Ｈ（例えば−１０００Ｏｅ）を印加した状態から、所定の正の値になるまで磁界Ｈを徐々に増加させていき、その後、所定の負の値になるまで磁界Ｈを徐々に減少させた。シート抵抗Ｒは、四探針法によって測定した。ここで、試料に所定の負の値の磁界Ｈ（例えば−１０００Ｏｅ）を印加した状態における試料のシート抵抗Ｒの値をＲｓとし、任意の磁界Ｈが印加されている状態における試料のシート抵抗Ｒの値からＲｓを引いた値をΔＲｓとする。そして、ΔＲｓ／Ｒｓ×１００（％）の値をＭＲ値と定義し、磁界ＨとＭＲ値との関係を示すヒステリシスループを作成した。このヒステリシスループを図１１に示す。

図１１に示したように、試料に所定の負の値の磁界Ｈを印加した状態では、自由層の磁化方向が、第３の強磁性層７８の磁化方向と同じ方向になるため、ＭＲ値は最小値となる。磁界Ｈを所定の負の値から徐々に増加させていき、磁界Ｈが正の値になると、符号１１１で示した部分において、自由層の磁化方向が、固定層の磁化方向とは反対方向になるように変化し、その結果、ＭＲ値が最大値まで増加する。磁界Ｈを更に徐々に増加させていくと、符号１１２で示した部分において、第３の強磁性層７８の磁化方向が、自由層の磁化方向と同じ方向になるように変化し、その結果、ＭＲ値が最小値まで減少する。所定の正の値になるまで磁界Ｈを増加させた後、磁界Ｈを徐々に減少させていくと、符号１１３で示した部分において、第３の強磁性層７８の磁化方向が、交換結合によって設定された磁化方向に戻るように変化し、その結果、ＭＲ値が最大値まで増加する。磁界Ｈを更に徐々に減少させていき、磁界Ｈが負の値になると、符号１１４で示した部分において、自由層の磁化方向が、第３の強磁性層７８の磁化方向と同じ方向になるように変化し、その結果、ＭＲ値が最小値まで減少する。

ここで、図１１に示したヒステリシスループにおけるＭＲ値の最大値と最小値の差の５０％を最大値から引いた値をＭＲｃとする。また、図１１に示したヒステリシスループのうち符号１１３で示した部分においてＭＲ値がＭＲｃとなるときの磁界Ｈの大きさをＨａとし、図１１に示したヒステリシスループのうち符号１１２で示した部分においてＭＲ値がＭＲｃとなるときの磁界Ｈの大きさをＨｂとする。そして、交換結合磁界Ｈｅｘを、下記の式によって求めた。

Ｈｅｘ＝Ｈａ＋｜Ｈｂ−Ｈａ｜／２

交換結合磁界Ｈｅｘは、第３の強磁性層７８の磁化がどれだけ強く固定されているかを表す指標となる。第３の強磁性層７８において、交換結合磁界Ｈｅｘが小さければ、外部磁界に対する第３の強磁性層７８の応答性はよいため、余分な磁束を吸収するというシールドとしての機能は高いと言える。しかし、この場合、第３の強磁性層７８の第１の自由層５２の磁化を制御する機能は低いと言える。逆に、交換結合磁界Ｈｅｘが大きい場合には、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能は低いが、第１の自由層５２の磁化を制御する機能は高いと言える。

第２の実験では、上述のようにして、第３の強磁性層７８の厚みが異なる複数の試料について交換結合磁界Ｈｅｘを測定することによって、下地層７３がない場合における第３の強磁性層７８の厚みと第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界の関係を求めた。

また、第２の実験では、上述の方法と同様の方法により、下地層７３がある場合における第３の強磁性層７８の厚みと第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界の関係を求めた。

第２の実験では、更に、第２の強磁性層８６の厚みと第２の強磁性層８６に作用する交換結合磁界の関係を求めた。このときに用いた複数の試料は、第２の主シールド層８１の上に、表１に示した構成の第２の反強磁性層８４、第２の強磁性層８６を順に積層し、第２の強磁性層８６の上に、Ｃｕよりなるスペーサ層と、ＣｏＦｅ層とＮｉＦｅ層の積層膜よりなる自由層を順に積層して形成した。なお、試料毎に第２の強磁性層８６の厚みが異なる。第２の強磁性層８６の厚みは、２つの厚み１ｎｍのＣｏＦｅ層に挟まれたＮｉＦｅ層の厚みを変えることによって変えた。

次に、第２の実験では、第２の比較例のＭＲ素子についての第１ないし第４の試料を作製した。第２の比較例のＭＲ素子の構成を、図１２と表３に示す。

図１２と表３に示したように、第２の比較例のＭＲ素子の基本的な構成は、表１に示したＭＲ素子から下地層７３と非磁性キャップ層８３を除いた構成である。また、第２の比較例では、第３の強磁性層７８中のＮｉＦｅ層の厚みＴ１と第２の強磁性層８６中のＮｉＦｅ層の厚みＴ２が、試料毎に異なっている。

第１ないし第４の試料では、第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界Ｈｅｘと第２の強磁性層８６に作用する交換結合磁界Ｈｅｘが等しくなるように、ＮｉＦｅ層の厚みＴ１，Ｔ２を調整した。第１ないし第４の試料における交換結合磁界Ｈｅｘは、それぞれ２００Ｏｅ、３００Ｏｅ、４００Ｏｅ、４５０Ｏｅである。

第２の実験では、第１ないし第４の試料について、分解能とアシンメトリの標準偏差を求めた。分解能は、強磁性層７８，８６のシールドとしての機能の高さを表す指標となり、アシンメトリの標準偏差は、強磁性層７８，８６の自由層５２，５４の磁化を制御する機能の高さを表す指標となる。

第１ないし第４の試料についての交換結合磁界Ｈｅｘ、ＮｉＦｅ層の厚みＴ１，Ｔ２、分解能およびアシンメトリの標準偏差を表４に示す。表４において、分解能は、任意の値の交換結合磁界Ｈｅｘのときの分解能を、交換結合磁界Ｈｅｘが２００Ｏｅのときの分解能で割った値で表している。なお、交換結合磁界Ｈｅｘが２００Ｏｅのときの分解能の値は、シールドとしての機能が十分に発揮される値である。

表４に示したように、下地層７３がない場合には、交換結合磁界Ｈｅｘが小さくなると、分解能は高くなるが、アシンメトリの標準偏差が大きくなる。このことから、下地層７３がない場合には、交換結合磁界Ｈｅｘが小さくなると、強磁性層７８，８６のシールドとしての機能は十分に発揮されるが、強磁性層７８，８６の自由層５２，５４の磁化を制御する機能は十分に発揮されないことが分かる。また、表４に示したように、下地層７３がない場合には、交換結合磁界Ｈｅｘが大きくなると、アシンメトリの標準偏差は小さくなるが、分解能が小さくなる。このことから、下地層７３がない場合には、交換結合磁界Ｈｅｘが大きくなると、強磁性層７８，８６の自由層５２，５４の磁化を制御する機能は十分に発揮されるが、強磁性層７８，８６のシールドとしての機能は十分に発揮されないことが分かる。このように、下地層７３がない場合には、強磁性層７８，８６のシールドとしての機能と自由層５２，５４の磁化を制御する機能を両立させることが難しい。

下地層７３がない場合において、交換結合磁界Ｈｅｘを大きくすると、強磁性層７８，８６のシールドとしての機能が十分に発揮されないことの原因の１つとして、第３の強磁性層７８の上面７８ａに凹部７９を形成している点が考えられる。すなわち、交換結合磁界Ｈｅｘを大きくするために強磁性層７８の厚みを小さくすると、凹部７９が形成された部分における強磁性層７８の厚みが小さくなりすぎて、強磁性層７８が、実効的にはトラック幅方向に長い形状となり、磁化容易軸がトラック幅方向に向く形状磁気異方性を有することになる。そうすると、外部磁界に対する強磁性層７８の応答性が悪くなり、強磁性層７８のシールドとしての機能が損なわれる。

第２の実験では、次に、表３に示した構成の第２の比較例のＭＲ素子に対して、表１に示した下地層７３を加えた構成の第５ないし第８の試料を作製し、それらについて、分解能とアシンメトリの標準偏差を求めた。第５ないし第８の試料では、第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界Ｈｅｘと第２の強磁性層８６に作用する交換結合磁界Ｈｅｘが等しくなるように、ＮｉＦｅ層の厚みＴ１，Ｔ２を調整した。第５ないし第８の試料における交換結合磁界Ｈｅｘは、それぞれ２００Ｏｅ、３００Ｏｅ、４００Ｏｅ、４５０Ｏｅである。

第５ないし第８の試料についての交換結合磁界Ｈｅｘ、ＮｉＦｅ層の厚みＴ１，Ｔ２、分解能およびアシンメトリの標準偏差を表５に示す。表５において、分解能は、任意の値の交換結合磁界Ｈｅｘのときの分解能を、交換結合磁界Ｈｅｘが２００Ｏｅのときの分解能で割った値で表している。なお、交換結合磁界Ｈｅｘが２００Ｏｅのときの分解能の値は、シールドとしての機能が十分に発揮される値である。また、表５には、Ｄ２／Ｄ１の値も示している。

表４と表５から理解されるように、第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界Ｈｅｘを同じにして比較すると、下地層７３を設けることにより、下地層７３を設けない場合に比べて、第３の強磁性層７８の厚みを大きくすることができる。これにより、第３の強磁性層７８の上面７８ａに凹部７９を形成しても、凹部７９が形成された部分における第３の強磁性層７８の厚みが小さくなりすぎることを防止でき、その結果、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能を十分に発揮させることができる。このことは、表５に示したように、交換結合磁界Ｈｅｘを４００Ｏｅ程度に大きくしても、分解能が低下しないことから分かる。ただし、第８の試料のようにＤ２／Ｄ１の値が０．５を超えると、分解能が低下して、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能が低下する。そのため、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能を十分に発揮させるために、凹部７９の深さＤ２は、第１の磁化制御層７５の上面７５ａの第１の部分７５ａ１と第３の強磁性層７８の下面７８ｂの間の距離Ｄ１の２分の１以下であることが好ましい。

以上説明したように、下地層７３を設けることにより、第３の強磁性層７８に作用する交換結合磁界Ｈｅｘを十分に大きくして、第３の強磁性層７８の自由層５２の磁化を制御する機能を十分に発揮させながら、第３の強磁性層７８の上面７８ａに凹部７９を形成しても、凹部７９が形成された部分における第３の強磁性層７８の厚みが小さくなりすぎることを防止することができる。その結果、第３の強磁性層７８のシールドとしての機能を十分に発揮させることが可能になる。

［第３の実験］
第３の実験では、表５に示した第７の試料に、非磁性キャップ層８３を加えた第９の試料を作製し、そのアシンメトリの標準偏差を求めた。第９の試料のアシンメトリの標準偏差は、第７の試料のアシンメトリの標準偏差よりも小さい１０％であった。このことから、非磁性キャップ層８３を設けることにより、アシンメトリの標準偏差を小さくすることができることが分かる。非磁性キャップ層８３を設けることによりアシンメトリの標準偏差が小さくなるのは、第２の主シールド層８１の磁気的挙動が第２の反強磁性層８４に伝わらないことにより、第２の反強磁性層８４が磁気的に安定し、その結果、第２の強磁性層８６の磁化方向の変動が抑制され、最終的には第２の自由層５４の磁化方向の変動が抑制されるためと考えられる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、再生ギャップ長が小さく、分解能が高く、アシンメトリのばらつきが小さいＭＲ素子を実現することができる。

以下、本実施の形態に係るヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置について説明する。まず、図１４を参照して、本実施の形態に係るヘッドアセンブリについて説明する。本実施の形態に係るヘッドアセンブリは、図１３に示したスライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置とを備えている。このヘッドアセンブリの態様には、以下で説明するヘッドジンバルアセンブリとヘッドアームアセンブリが含まれる。

まず、ヘッドジンバルアセンブリ２２０について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、スライダ２１０と、このスライダ２１０を弾性的に支持する支持装置としてのサスペンション２２１とを備えている。サスペンション２２１は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム２２２、このロードビーム２２２の一端部に設けられると共にスライダ２１０が接合され、スライダ２１０に適度な自由度を与えるフレクシャ２２３と、ロードビーム２２２の他端部に設けられたベースプレート２２４とを有している。ベースプレート２２４は、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向ｘに移動させるためのアクチュエータのアーム２３０に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム２３０と、このアーム２３０を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ２２３において、スライダ２１０が取り付けられる部分には、スライダ２１０の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。

ヘッドジンバルアセンブリ２２０は、アクチュエータのアーム２３０に取り付けられる。１つのアーム２３０にヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ２２０を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。

図１４は、本実施の形態に係るヘッドアームアセンブリを示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム２３０の一端部にヘッドジンバルアセンブリ２２０が取り付けられている。アーム２３０の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２３１が取り付けられている。アーム２３０の中間部には、アーム２３０を回動自在に支持するための軸２３４に取り付けられる軸受け部２３３が設けられている。

次に、図１５および図１６を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例と本実施の形態に係る磁気ディスク装置について説明する。図１５は磁気ディスク装置の要部を示す説明図、図１６は磁気ディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、複数のアーム２５２を有するキャリッジ２５１を有している。複数のアーム２５２には、複数のヘッドジンバルアセンブリ２２０が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ２５１においてアーム２５２とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル２５３が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ２５０は、磁気ディスク装置に組み込まれる。磁気ディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚の磁気ディスク２６２を有している。磁気ディスク２６２毎に、磁気ディスク２６２を挟んで対向するように２つのスライダ２１０が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ２５０のコイル２５３を挟んで対向する位置に配置された永久磁石２６３を有している。スライダ２１０を除くヘッドスタックアセンブリ２５０およびアクチュエータは、スライダ２１０を支持すると共に磁気ディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係る磁気ディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０を磁気ディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０を磁気ディスク２６２に対して位置決めする。スライダ２１０に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、磁気ディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、磁気ディスク２６２に記録されている情報を再生する。

本実施の形態に係るヘッドアセンブリおよび磁気ディスク装置は、前述の本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドと同様の効果を奏する。

［第２の実施の形態］
次に、図１７および図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るＭＲ素子について説明する。図１７は、本実施の形態に係るＭＲ素子の媒体対向面４０に平行な断面を示す断面図である。図１８は、本実施の形態に係るＭＲ素子の媒体対向面４０および基板１の上面に垂直な断面を示す断面図である。図１７および図１８には、図１３に示したＸ，Ｙ，Ｚの各方向も示している。なお、図１７において、Ｙ方向はＸ方向およびＺ方向に直交する方向であり、図１８において、Ｘ方向はＹ方向およびＺ方向に直交する方向である。図１７において記号ＴＷで示す矢印は、トラック幅方向を表している。

本実施の形態では、第１の磁化制御層７５は、第１の反強磁性層７４と交換結合する第１の強磁性層７６のみを含んでいる。第１の結合層５１の非磁性導電層５１ａは、第１の強磁性層７６に接している。また、本実施の形態では、第２の磁化制御層８５は、第２の反強磁性層８４と交換結合する第２の強磁性層８６と、この第２の強磁性層８６とＭＲ積層体５との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性中間層８７と、この非磁性中間層８７とＭＲ積層体５との間に配置された第３の強磁性層８８とを含んでいる。第３の強磁性層８８は、ＲＫＫＹ相互作用によって、非磁性中間層８７を介して第２の強磁性層８６と反強磁性的に交換結合している。第３の強磁性層８８は、第２の結合層５５の非磁性導電層５５ｅに接している。

本実施の形態では、第１の強磁性層７６は、第１の磁化制御層７５の上面７５ａを構成する上面７６ａと、第１の磁化制御層７５の下面７５ｂを構成し、第１の反強磁性層７４に接する下面７６ｂとを有している。凹部７９は、第１の強磁性層７６の上面７６ａに形成されている。凹部７９の深さＤ２は、第１の磁化制御層７５の上面７５ａの第１の部分７５ａ１と第１の強磁性層７６の下面７６ｂの間の距離Ｄ１の２分の１以下であることが好ましい。

表６に、本実施の形態における第１の交換結合シールド層７２、ＭＲ積層体５および第２の交換結合シールド層８２の構成の具体例を示す。

この例では、凹部７９の深さＤ２を６ｎｍとした。第１の磁化制御層７５の上面７５ａの第１の部分７５ａ１と第１の強磁性層７６の下面７６ｂの間の距離Ｄ１は、第１の強磁性層７６の厚みと等しく、１７ｎｍである。従って、凹部７９の深さＤ２は、距離Ｄ１の２分の１以下という条件を満たす。この例におけるその他の条件は、第１の実施の形態におけるＭＲ素子の実施例と同じである。

本実施の形態では、第１の交換結合シールド層７２において、第１の強磁性層７６が第１の反強磁性層７４と交換結合することにより、第１の強磁性層７６の磁化の方向が設定される。一方、第２の交換結合シールド層８２においては、第２の強磁性層８６が第２の反強磁性層８４と交換結合し、第３の強磁性層８８が非磁性中間層８７を介して第２の強磁性層８６と反強磁性的に交換結合することにより、第３の強磁性層８８の磁化の方向が設定される。その結果、第１の強磁性層７６と第３の強磁性層８８の磁化の方向は、互いに反平行になる。

本実施の形態では、第１の交換結合シールド層７２が下地層７３を有することにより、下地層７３を設けない場合に比べて、第１の強磁性層７６に作用する交換結合磁界を大きくすることができる。そのため、本実施の形態では、第１の強磁性層７６に作用する交換結合磁界を同じにして比較すると、下地層７３を設けない場合に比べて、第１の強磁性層７６の厚みを大きくすることができる。これにより、本実施の形態によれば、第１の磁化制御層７５の上面７５ａすなわち第１の強磁性層７６の上面７６ａに凹部７９を形成しても、凹部７９が形成された部分における第１の強磁性層７６の厚みが小さくなりすぎることを防止でき、その結果、第１の強磁性層７６のシールドとしての機能を十分に発揮させることができる。

本実施の形態に係るＭＲ素子についても、第１の実施の形態における第１ないし第３の実験と同様の実験を行ったところ、第１の実施の形態と同様の結果が得られた。

本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、実施の形態では、スペーサ層がトンネルバリア層である例を示したが、本発明において、スペーサ層は、非磁性導電層であってもよいし、電流を通過させる部分と電流の通過を阻止する部分とを含む電流狭窄型のスペーサ層であってもよい。

また、実施の形態では、基体側に再生ヘッドを形成し、その上に、記録ヘッドを積層した構造の薄膜磁気ヘッドについて説明したが、この積層順序を逆にしてもよい。また、読み取り専用として用いる場合には、薄膜磁気ヘッドを、再生ヘッドだけを備えた構成としてもよい。

また、本発明は、薄膜磁気ヘッドの再生ヘッドとして利用されるＭＲ素子に限らず、種々の用途のＭＲ素子全般に適用することができる。

３…第１の再生シールド部、４…絶縁膜、５…ＭＲ積層体、８…第２の再生シールド部、５１…第１の結合層、５２…第１の自由層、５３…スペーサ層、５４…第２の自由層、５５…第２の結合層、７１…第１の主シールド層、７２…第１の交換結合シールド層、７３…下地層、７４…第１の反強磁性層、７５…第１の磁化制御層、７６…第１の強磁性層、７７…非磁性中間層、７８…第３の強磁性層、８１…第２の主シールド層、８２…第２の交換結合シールド層、８３…非磁性キャップ層、８４…第２の反強磁性層、８５…第２の磁化制御層、８６…第２の強磁性層、９０…非磁性金属層。

Claims (14)

1. 第１および第２のシールド部と、
   前記第１および第２のシールド部の間に配置されたＭＲ積層体とを備えた磁気抵抗効果素子であって、
   前記ＭＲ積層体と前記第２のシールド部は、前記第１のシールド部の上に順に積層されており、
   前記第１のシールド部は、第１の主シールド層と、前記第１の主シールド層と前記ＭＲ積層体との間に配置された第１の交換結合シールド層とを有し、
   前記第２のシールド部は、第２の主シールド層と、前記第２の主シールド層と前記ＭＲ積層体との間に配置された第２の交換結合シールド層とを有し、
   前記第１の交換結合シールド層は、前記第１の主シールド層の上に配置された非磁性導電材料よりなる下地層と、前記下地層の上に配置された第１の反強磁性層と、前記第１の反強磁性層と前記ＭＲ積層体との間に配置された第１の磁化制御層とを有し、
   前記第２の交換結合シールド層は、第２の反強磁性層と、前記第２の反強磁性層と前記ＭＲ積層体との間に配置された第２の磁化制御層とを有し、
   前記ＭＲ積層体は、前記第１の磁化制御層と磁気的に結合して、磁化の方向が制御された第１の自由層と、前記第２の磁化制御層と磁気的に結合して、磁化の方向が制御された第２の自由層と、前記第１および第２の自由層の間に配置された非磁性材料よりなるスペーサ層とを含み、
   前記第１の磁化制御層は、前記第１の反強磁性層と交換結合する第１の強磁性層を含み、
   前記第２の磁化制御層は、前記第２の反強磁性層と交換結合する第２の強磁性層を含み、
   前記第１の磁化制御層と前記第２の磁化制御層の一方のみが、更に、前記第１または第２の強磁性層と前記ＭＲ積層体との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性中間層と、前記非磁性中間層と前記ＭＲ積層体との間に配置され、前記非磁性中間層を介して前記第１または第２の強磁性層と反強磁性的に交換結合する第３の強磁性層とを含み、
   前記第１または第２のシールド部に含まれる第１の主シールド層、下地層、第１の反強磁性層、第１の強磁性層、第２の主シールド層、第２の反強磁性層、第２の強磁性層、非磁性中間層および第３の強磁性層は、いずれも、前記ＭＲ積層体よりも平面形状が大きいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
   
2. 前記下地層は、ＴａとＲｕの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄからなる群のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記第２の交換結合シールド層は、更に、前記第２の反強磁性層と前記第２の主シールド層との間に配置された非磁性導電材料よりなる非磁性キャップ層を有することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記ＭＲ積層体は、更に、前記第１の磁化制御層と前記第１の自由層との間に配置され、前記第１の磁化制御層と前記第１の自由層を磁気的に結合させる第１の結合層と、前記第２の磁化制御層と前記第２の自由層との間に配置され、前記第２の磁化制御層と前記第２の自由層を磁気的に結合させる第２の結合層とを含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記第１および第２の結合層は、いずれも、非磁性導電層と、この非磁性導電層を挟む２つの磁性層とを含むことを特徴とする請求項５記載の磁気抵抗効果素子。
7. 更に、前記第１および第２のシールド部の間において、前記ＭＲ積層体に対して、前記ＭＲ積層体を構成する複数の層の積層方向に直交する方向に隣接するように配置され、前記第１および第２の自由層に対してバイアス磁界が印加されない状態と比較して、前記第１の自由層の磁化の方向と第２の自由層の磁化の方向が変化するように、前記第１および第２の自由層に対してバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加層を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
8. 前記バイアス磁界印加層は、前記第１の自由層の磁化の方向と第２の自由層の磁化の方向が直交するように、前記第１および第２の自由層に対してバイアス磁界を印加することを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果素子。
9. 前記第１の磁化制御層は、上面と下面とを有し、前記上面は、前記ＭＲ積層体に接する第１の部分と、前記バイアス磁界印加層の下方に凹部が形成されるように、前記第１の部分に比べて前記下面の近くに位置する第２の部分とを含み、
   磁気抵抗効果素子は、更に、前記第２の部分の上に配置された絶縁膜を備え、
   前記バイアス磁界印加層は、前記絶縁膜の上に配置されていることを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果素子。
10. 前記第１の磁化制御層が、前記非磁性中間層と前記第３の強磁性層とを含み、
    前記第３の強磁性層は、前記第１の磁化制御層の上面を構成する上面と、前記非磁性中間層に接する下面とを有し、
    前記凹部の深さは、前記第１の部分と前記第３の強磁性層の下面との間の距離の２分の１以下であることを特徴とする請求項９記載の磁気抵抗効果素子。
11. 前記第２の磁化制御層が、前記非磁性中間層と前記第３の強磁性層とを含み、
    前記第１の強磁性層は、前記第１の磁化制御層の上面を構成する上面と、前記第１の反強磁性層に接する下面とを有し、
    前記凹部の深さは、前記第１の部分と前記第１の強磁性層の下面の間の距離の２分の１以下であることを特徴とする請求項９記載の磁気抵抗効果素子。
12. 記録媒体に対向する媒体対向面と、前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１記載の磁気抵抗効果素子とを備えた薄膜磁気ヘッド。
13. 薄膜磁気ヘッドを含み、記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを弾性的に支持する支持装置とを備えたヘッドアセンブリであって、
    前記薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１記載の磁気抵抗効果素子とを備えたことを特徴とするヘッドアセンブリ。
14. 薄膜磁気ヘッドを含み、回転駆動される記録媒体に対向するように配置されるスライダと、前記スライダを支持すると共に前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置とを備えた磁気ディスク装置であって、
    前記薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面と、前記記録媒体からの信号磁界を検出するために前記媒体対向面の近傍に配置された請求項１記載の気抵抗効果素子とを備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。

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