JP2000276714A - 電流で磁化を固定するスピンバルブセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反強磁性層を用いずに薄くて出力の高いスピン
バルブ型磁気ヘッドを提供する。 【解決手段】反強磁性膜のないデュアル構造のスピンバ
ルブで、感知電流による電流バイアスで上下に配置した
強磁性層を固定する。狭ギャップ，狭トラックで高出力
な磁気ヘッドを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録再生装置
および磁気抵抗効果素子に関し、特に、高記録密度磁気
記録再生装置と、その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】第２２回日本応用磁気学会学術講演概要
集pp３０９およびThe ４３rd AnnualConference on Mag
netism & Magnetic Materials,abstract pp１１５には
反強磁性的に結合した磁性膜を用いたデュアルスピンバ
ルブ積層膜の記載がある。

【０００３】特開平8−55312号には静磁界を相殺するた
めのキーパー層を有するスピンバルブ構造の磁気抵抗セ
ンサー装置の記載がある。

【０００４】特開平8−7235 号には交換バイアス層を含
まない積層ピン止め層を有するスピンバルブ磁気抵抗素
子の記載がある。

【０００５】米国特許USP5408377号には反強磁性的に結
合した自由層を用いたスピンバルブ型磁気抵抗素子の記
載がある。

【０００６】特開平7−73416号には軟質能動層にイクス
チェンジ層を隣接したＭＲ型読み出しトランスデューサ
ーの記載がある。

【０００７】米国特許USP5650887号にはスピンバルブ磁
気抵抗素子をリセットする電流を印可するシステムの記
載がある。

【０００８】特開平9−16920号には積層逆平行ピン止め
層と反強磁性交換バイアス層を用いたスピンバルブ磁気
抵抗センサーの記載がある。

【０００９】特開平7−169026 号には反強磁性的結合膜
を用いたスピンバルブセンサーの記載がある。

【００１０】米国特許USP5287238号には三層の磁性層を
有するデュアルスピンバルブ磁気抵抗センサーの記載が
ある。

【００１１】特開平6−203340 号には感知電流により発
生するバイアス磁界で強磁性体中の磁化方向を設定する
磁気抵抗読み取りセンサーの記載がある。

【００１２】特開平5−347013 号には三層の磁性層を有
し、上下に反強磁性膜を有するデュアルスピンバルブ磁
気抵抗センサーの記載がある。

【００１３】特開昭50−65213 号には端部の静磁界と電
流磁界によって磁気抵抗効果膜と結合して動作するＳＡ
Ｌ型磁気抵抗センサーの記載がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、記録
密度の充分に高い磁気記録装置、特にその再生部に外部
磁界に対して十分な感度と出力で作用する磁気抵抗効果
素子を実現し、さらに十分にノイズの抑制された良好な
特性を得ることが出来ず、記憶装置としての機能を実現
することが困難であった。

【００１５】近年、強磁性金属層を非磁性金属層を介し
て積層した多層膜の磁気抵抗効果、いわゆる巨大磁気抵
抗、が大きいことが知られている。この場合、磁気抵抗
効果は、非磁性層で隔てられた強磁性層の、磁化と磁化
のなす角度によって電気抵抗が変化する。この巨大磁気
抵抗効果を磁気抵抗効果素子として用いる場合には、ス
ピンバルブとよばれる構造が提唱されている。即ち、反
強磁性膜／強磁性層／非磁性層／軟磁性層の構造を有
し、反強磁性膜／強磁性層界面に発生する交換結合磁界
によって反強磁性膜と密着した強磁性層の磁化を実質的
に固定し、他方の軟磁性層が外部磁界によって磁化回転
することで出力を得ることができる。上記固定の効果を
固定バイアス、この効果を生じる反強磁性膜を固定バイ
アス膜とよぶことにする。また、上記磁化が実質的に固
定される強磁性層を固定層、もしくは強磁性固定層と呼
ぶことにする。同様に外部磁場によって磁化回転する軟
磁性膜を自由層もしくは軟磁性自由層と呼ぶことにす
る。固定層は、感知すべき磁界に対して、実質的に磁化
が固定されていることがその機能であり、反強磁性膜の
代わりに硬磁性膜、すなわち比較的大きな磁界が加わら
ない限り磁化が変化しない材料で代換することもでき
る。

【００１６】上記のようなスピンバルブ型磁気抵抗効果
積層膜を用いた磁気センサーでは、その特性を決める１
つの重要な因子として上記固定バイアスの特性である。
例えば、IEEE Transactions on Magnetics, vol. 32 (1
996) pp. 3374-3379に記載のNakamotoらの論文、特にFi
g.２、によれば、固定バイアス磁界が２００エルステッ
ドを下回るとＧＭＲヘッドの出力は低下し始め、固定バ
イアス磁界が１００エルステッドで０.８倍、５０エル
ステッドでは０.５倍まで出力が低下してしまうことが
述べられている。したがって磁気ヘッドに高い出力と安
定した動作を実現するためには、十分な大きさの固定バ
イアスを得ることが必須であり、このための反強磁性膜
などの固定バイアス膜を用いたスピンバルブ型磁気セン
サーが従来技術として用いられてきた。

【００１７】一方で、従来より磁気抵抗効果型磁気セン
サーとして用いられてきた異方性磁気抵抗効果（ＭＲ）
を用いたいわゆるＭＲセンサーにおいては、ＳＡＬバイ
アス方式と呼ばれる構造が提唱されている。これは、非
磁性体を挟んで積層したＭＲ（磁気抵抗効果）膜とソフ
トバイアス膜とを、パターニングした端部の静磁気的な
結合によって互いの磁化の方向を反平行成分を有するよ
うに配置させ、かつ、感知電流によって発生する電流バ
イアス磁界によって両者の磁化の方向を特定の方向に配
置させる構造である。ここでソフトバイアス膜は軟磁性
膜であり、膜の磁気的な構造としてはなんら拘束されて
いないが、近接したＭＲ膜の磁化と、電流によって動作
時の磁化の方向が決定されるのである。しかしながら上
記方式はスピンバルブ型磁気センサーの固定バイアス方
式に採用することは従来不可能であった。なんとなれ
ば、ＳＡＬ方式では、ソフトバイアス膜とＭＲ膜とは、
互いの磁化の成分が反平行になるように安定するのであ
るが、スピンバルブ型磁気センサーでは、固定強磁性層
と軟磁性自由層の磁化の方向は動作時において直行であ
る必要があり、相容れない技術であったのである。

【００１８】したがって本発明の目的は高密度記録に対
応した長期信頼性の高い磁気記録装置もしくは磁気セン
サーを提供することにあり、より具体的には、反強磁性
膜などによる固定機能を有さないで磁性膜の端部の静磁
気的な結合と感知電流による電流バイアス磁界によって
固定バイアス特性を発揮するスピンバルブ型磁気センサ
ーと、それを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明では高記録密度に
対応する手段として、巨大磁気抵抗効果を用いた磁気セ
ンサーを磁気ヘッドに搭載した磁気記録装置を用いるの
が適当である。上記磁気センサーとして、第一の強磁性
層／第一の反平行結合層／第二の強磁性層／第一の非磁
性導電層／軟磁性自由層／第二の非磁性導電層／第三の
強磁性層／第二の反平行結合層／第四の強磁性層の積層
構造を有するスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果積層膜
からなる磁気抵抗効果素子を用いる。各強磁性層の磁化
の量、すなわち、飽和磁束密度と膜厚の積は、第一の強
磁性層に比べて第二の強磁性層が大きく、かつ、第三の
強磁性層に比べて第四の強磁性層の磁化の量が大きくし
てなる。第二と第一の強磁性層の磁化の量の差は、第四
と第三の強磁性層の磁化の量の差と同程度にする。巨大
磁気抵抗効果積層膜の電気抵抗を検知するための検出電
流を印可し、十分大きな検出電流によって発生する電流
バイアス磁界によって、上記第二の強磁性層および第四
の強磁性層の磁化の方向を電流バイアス磁界の方向、す
なわち、電流方向に対して右ネジ方向とし、第三及び第
一の強磁性層の磁化方向をこれと逆の方向に固定せしめ
る。上記構成の動作原理は以下の通りである。

【００２０】反平行結合層を挟んで積層した第一と第二
の強磁性層は、反平行結合層を介して生じる交換結合力
により、互いの磁化が反平行になろうとする。この交換
結合力は感知すべき磁界の大きさより十分強く、センサ
ーの動作範囲で実質的にこの部分の磁化はおよそ反平行
配列が保持される。このように２つの強磁性層の磁化が
互いに反平行に配列して動作することにより、この積層
部分の実質的な磁化の量、すなわち飽和磁束密度と膜厚
の積が、各々の強磁性層の磁化の量の差である１つの磁
性体として動作すると考えてよい。第三と第四の強磁性
層についても同様である。第一および第二の強磁性層を
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅなどからなる軟磁気特性である材料か
ら構成し、且つ、第二の強磁性層と第一の強磁性層の磁
化の量の差分を、第一の強磁性層の磁化の量の１／２か
ら２倍程度にすることで、第一および第二の強磁性層の
磁化は、互いに反平行に磁化が配列した状態を保ちなが
ら印可される磁界の方向に向くような特性を発揮するよ
うになる。第三および第四の強磁性層についても同様で
ある。巨大磁気抵抗効果積層膜を所定の大きさにパター
ニングした際に、各強磁性層の端部で漏洩磁界を介して
第一と第二の強磁性層の磁化の差分と、第三と第四の強
磁性層の磁化の差分が、互いに静磁気的に結合し、互い
の磁化の差分が反平行配列する機能が発揮できる。第一
と第二の強磁性層の磁化の差分と、第三と第四の強磁性
層の磁化の差分の磁化量をほぼ同量にしておくことで、
互いに反平行配列した磁化群は互いに合計がゼロに近い
状態で安定し、軟磁性自由層に端部の漏洩磁界がほとん
ど影響を及ぼさず、軟磁性自由層を上記第一から第四の
磁化の方向とは略垂直の方向に保つ事ができるようにな
るのである。上記実質的な磁化量の合計が厳密にゼロで
場合の差異相当分は軟磁性自由層に影響を与えるので、
軟磁性自由層のバイアス特性を保つために、例えば非磁
性導電層を介して強磁性層との間に生じる層間結合磁界
をキャンセルするために適切な量の差異を設定する事も
できる。

【００２１】巨大磁気抵抗効果積層膜に電流を印可する
と、電流は積層膜全体に渡って流れるが、その中でも非
磁性導電膜の電流が一般的にもっとも多い。この結果、
電流によって発生する電流バイアス磁界は電流方向に対
して右ネジの方向に発生するから、第一および第二の強
磁性層に影響する電流バイアス磁界と、第三および第四
の強磁性層に影響する電流バイアス磁界はその方向が逆
になる。第一の強磁性層よりも第二の強磁性層の磁化量
が多く、また、第三の強磁性層よりも第四の強磁性層の
磁化量が多く設定されていることから、第二の強磁性層
の磁化の方向と第四の強磁性層の磁化の方向は電流に対
して垂直で、かつ互いに逆方向の右ネジ方向が安定とな
る。第一の強磁性層の磁化方向は第一の反平行結合層に
よって、第二の強磁性層の磁化方向と逆の方向が安定と
なる。同様に第三の強磁性層の磁化の方向は、第二の反
平行結合層によって第四の強磁性層の磁化方向と逆が安
定になる。すなわち、感知電流の方向を感知すべき磁界
の方向と垂直方向にすれば、第二および第三の強磁性層
の磁化の方向が同一で、感知すべき磁界の方向と平行方
向となる。第一および第四の強磁性層の磁化方向はこれ
と反対の方向である。軟磁性自由層は巨大磁気抵抗効果
積層膜の構造のほぼ中心に位置し、第一および第二の非
磁性導電層に対称に挟まれているので、電流バイアスの
影響はほとんどない。また、第一の強磁性層，第二の強
磁性層，第三の強磁性層，第四の強磁性層の磁化の方向
と量は互いにほぼキャンセルするので、この影響もほと
んどない。したがって軟磁性自由層の一軸異方性を感知
すべき磁界の方向と垂直方向に誘導しておけば、軟磁性
自由層の磁化のゼロ磁界での安定点はこの方向となり、
感知すべき磁界に対して対称で線形性の良い出力が得ら
れる。

【００２２】巨大磁気抵抗効果積層膜のうち、反平行結
合層の部分、および、反平行結合層よりも外側、すなわ
ち軟磁性自由層から遠方の強磁性層の部分は、巨大磁気
抵抗効果に寄与していない。このことから、上記の反平
行結合層よりも外側の強磁性層の部分は、電気的な損失
の少ない、電気抵抗率の高い磁性材料、例えばCoNbZrの
ようなアモルファス膜、あるいは微結晶膜であると、磁
気センサーの出力をより高くする事ができる。同様に反
平行結合層としてＲｕ−Ｃｒ膜のように電気抵抗の高い
層を用いると磁気センサーの出力をより高くすることが
できる。

【００２３】第一から第四の強磁性層の一軸異方性の方
向を感知すべき磁界の方向と平行にすると、よりスピン
バルブセンサーの出力が安定する。特に、一軸異方性の
大きさを異方性磁界の大きさで１０エルステッドより大
きく、１００エルステッド程度にするとよりスピンバル
ブセンサーの安定性が向上する。

【００２４】また、上述の記載で、第一の強磁性層およ
び第一の反平行結合層を省略した構成も可能である。こ
の場合、上述で第一の強磁性層の磁化量がゼロである場
合に相当し、同様の磁気的な動作が実現される。

【００２５】また、第一の強磁性層あるいは第四の強磁
性層のいづれか一方のみについては、反強磁性膜などと
密着して積層されて、交換結合磁界により電流バイアス
磁界と第一の強磁性層の場合には逆に、あるいは第四の
強磁性層の場合には同じ方向に固定されていても本発明
と同様の効果が得られる。また、第一の強磁性層及び第
一の反平行結合層が省略された構造に於いては、第二の
強磁性層が反強磁性膜などと密着して積層されて、電流
バイアス磁界と同じ方向に固定されていても本発明と同
様の効果が得られる。

【００２６】磁気センサーを構成する巨大磁気抵抗効果
積層膜のサイズを長さ及び幅で１ミクロン以下、特に
０.５ ミクロン以下とすることで、電流による発熱を抑
制するとともに巨大磁気抵抗効果積層膜の端部の静磁的
な結合を大きくし、安定な磁気センサーを得ることがで
きる。

【００２７】また、巨大磁気抵抗効果積層膜に印可する
検出電流を平方センチメートルあたり１００ＭＡ以上と
することで十分な電流バイアス磁界を得ることができ
る。ここで、検出電流の電流密度は、巨大磁気抵抗効果
膜の構成要素の電気抵抗率を考慮して、算出されるが、
単純には巨大磁気抵抗効果膜の金属膜部分の厚さから求
めても概略良い。

【００２８】本発明の磁気センサーは電流バイアス電流
によって磁化状態が決定される巨大磁気抵抗効果積層膜
からなっていることから、動作の安定は磁気センサーへ
の電流の印可の状態によって決定することができる。上
記磁気センサーを搭載した磁気記録再生装置に於いて
は、再生動作にない時でも再生時と同様か、それより少
ない電流を再生時と同一方向に印可しておくことで動作
を安定にすることができる。

【００２９】また、再生時以外の時に電流をゼロにした
り、外部からの磁界や記録動作時の記録ヘッドからの磁
界などにより、磁気センサーの磁化状態が不安定になっ
ても、次の再生動作の前に再生時と同等か、それより大
きな電流を磁気センサーに印可した後に再生動作を行う
ことで動作を安定にすることができる。

【００３０】本発明ではこのような材料，構成、を用い
た磁気抵抗効果型磁気センサーと、これを再生部とした
磁気記録再生装置において、高記録密度、すなわち記録
媒体上に記録される記録波長が短く、また、記録トラッ
クの幅が狭い記録を実現して、十分な再生出力を得、記
録を良好に保つことができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の巨大磁気抵抗積層膜を構
成する薄膜は高周波マグネトロンスパッタリング装置に
より以下のように作製した。アルゴン１から６ミリトー
ルの雰囲気中にて、厚さ１ミリのセラミックス基板に以
下の材料を順次積層して作製した。スパッタリングター
ゲットとしてタンタル，ニッケル−２０ａｔ％鉄合金，
銅，コバルト，ＭｎＰｔ，ルテニウム，ＣｏＮｂＺｒの
各ターゲットを用いた。ルテニウムターゲット上には、
Ｃｒの１センチ角のチップを配置して組成を調整した。
またＣｏターゲット上には、ＮｉおよびＦｅの１センチ
角のチップを適宜配置して組成を調整した。積層膜は、
各ターゲットを配置したカソードに各々高周波電力を印
加して装置内にプラズマを発生させておき、各カソード
ごとに配置されたシャッターを１つずつ開閉して順次各
層を形成した。膜形成時には永久磁石を用いて基板に平
行におよそ８０エルステッドの磁界を印加して、一軸異
方性をもたせた。形成した膜を、真空中、磁場中で２７
０℃，３時間の熱処理を行って反強磁性膜を相変態さ
せ、室温での磁気抵抗を測定して評価した。基体上の素
子の形成はフォトレジスト工程によってパターニングし
た。その後、基体はスライダー加工し、磁気記録装置に
搭載した。

【００３２】以下に本発明の具体的な実施例を、図を追
って説明する。

【００３３】図１は本発明の磁気センサーを構成する巨
大磁気抵抗効果積層膜の構成例である。基体５０上に下
地膜１４，第一の強磁性層１１，第一の非磁性導電層１
２，軟磁性自由層１５，第二の非磁性導電層１６，第二
の強磁性層１３１，反平行結合層２０，第三の強磁性層
１３４，保護膜３０を連続して形成してなる。第一の強
磁性層の基体側および第三の強磁性層の表面側は、それ
ぞれ非磁性膜である下地膜１４および保護膜３０と接し
ており、従来のスピンバルブ膜のような反強磁性膜と接
して交換結合力を発生しているような構造ではないこと
を特記すべきである。基体５０の表面側が非磁性であれ
ば、下地膜１４は省略した構成にしてもよい。また、巨
大磁気抵抗効果積層膜１０に、例えばアルミナなどの非
磁性膜からなる絶縁ギャップ膜が積層してセンサーが作
製される場合が通常であるから、保護膜３０を省略して
もよい。また、図１では第一の強磁性層が基体側に配置
した構成を示したが、積層膜全体の構成が逆で、第一の
強磁性層が表面側になるように構成しても、本発明の趣
旨からいささかも外れるものではない。軟磁性自由層１
５は単一の磁性層であるか、本実施例のように軟磁性自
由層第一層１５１と、軟磁性自由層第二層１５２と、軟
磁性自由層第三層１５３、のように複数の層を積層した
ものであってもよいのである。同様に強磁性層について
も、第三の強磁性層１３４を、第三の強磁性層第一層１
３２と第三の強磁性層第二層１３３の積層構造からなる
ように、複数の層の積層体から構成してもよい。特に、
本実施例のように、第一の非磁性導電層１２および第二
の非磁性導電層１６に接する部分の軟磁性自由層１５の
界面の組成がＣｏ合金であるようにすると、巨大磁気抵
抗効果積層膜の抵抗変化率が向上するので好ましい。同
様に、本実施例のように強磁性層のうちの第一の非磁性
導電層１２および第二の非磁性導電層１６に接しない部
分については、電気抵抗の高い材料、例えば、ＣｏＮｂ
Ｚｒアモルファス合金膜などから構成すると、巨大磁気
抵抗効果積層膜の抵抗変化率が向上するので好ましい。

【００３４】下地膜１４は、センサーの動作温度におい
て自発磁化を持たず、また、隣接する第一の強磁性層１
１に交換結合相互作用を及ぼすことのない、非磁性体で
あればよい。さらに積層体の結晶性や配向性を向上する
ような効果を持たせる材料であればなお良い。また、電
気抵抗の高い材料を選択すると巨大磁気抵抗効果積層膜
の抵抗変化率が向上するので望ましい。

【００３５】保護膜３０は、センサーの動作温度におい
て自発磁化を持たず、また、隣接する第三の強磁性層１
３４に交換結合相互作用を及ぼすことのない、非磁性体
であればよい。さらに積層体の結晶性や配向性を向上す
るような効果を持たせる材料であればなお良い。また、
電気抵抗の高い材料を選択すると巨大磁気抵抗効果積層
膜の抵抗変化率が向上するので望ましい。

【００３６】反平行結合層２０はＲｕの０.５から０.８
ナノメートル程度の厚さの層とすると強い層間結合力が
発生して好ましい。また、Ｒｕ−Ｃｒ合金の層とすると
層間結合力を適度の大きさに調整できるので好ましい。
Ｒｕの他にＩｒ，Ｒｈなどでも同様の効果がある。

【００３７】第一から第三の強磁性層の磁化の量につい
て述べると以下のようである。CoFeからなる強磁性層の
飽和磁束密度はＦｅ組成が１０原子％とするとおよそ
１.８テスラ、ＣｏＮｂＺｒからなる強磁性層の飽和磁
束密度は、もちろん組成によるが、１から１.６テスラ
程度である。図1に記載した膜厚例と加味して計算する
と、各層の強磁性層の磁化量はそれぞれ第一の強磁性層
が３.６ テスラ・ナノメートル、第二の強磁性層が２.
７テスラ・ナノメートル、第三の強磁性層が４.９から
７.３ テスラ・ナノメートルである。第二及び第三の強
磁性層は強磁性的結合層２０によって強く反強磁性的、
すなわち互いの磁化の方向が反平行になるように結合
し、感知すべき磁界の範囲ではほぼ磁化が互いに反平行
方向であると考えてよい状態である。したがって第二お
よび第三の強磁性層は、互いの磁化が打ち消しあって両
者の差分のみが実質的な磁化量となる。その実質的な磁
化量は図１の記載の膜厚例において２.２から４.６テス
ラ・ナノメートルとなる。この値は第一の強磁性層の磁
化量３.６テスラ・ナノメートルと比較して０.６から
１.３倍程度であって、結果として第一の強磁性層の磁
化量と、第二及び第三の強磁性層の実質的磁化領は同等
か、同等からいくらかずれた量となるのである。同等の
磁化量からずれた分の寄与は、軟磁性自由層１５へのバ
イアス効果をもたらし、磁気センサー素子の特性を調整
するのに利用できる。特筆すべきは巨大磁気抵抗効果積
層膜１０の厚さである。図１の構成では、合計膜厚は２
３.８ ナノメートルである。一般にスピンバルブセンサ
ーに用いられる反強磁性膜の厚さは１０メートル程度で
あるから、いわゆる二重スピンバルブ構造を２枚の反強
磁性膜を用いて作製すると、反強磁性膜だけの厚さで２
０ナノメートル以上となり、二重スピンバルブ構造積層
膜の合計厚さは３０ナノメートルを超えるのである。磁
気センサーの磁気分解能を例えば再生ギャップの間隔と
して、例えば０.１ ミクロンとすると、再生ギャップの
中央にセンサーを配置した場合の絶縁ギャップ部の厚さ
は磁気センサーの厚さが２０ナノメートルで４０ナノメ
ートル、磁気センサーが３０ナノメートルでは３５ナノ
メートルとなる。したがって本発明では従来技術に比べ
て再生ギャップが１０ナノメートル以上狭い場合に対応
できる事が分かる。

【００３８】図２は図１の構成に基づいた本発明の磁気
センサーの動作挙動を模式的に示した図である。感知す
べき磁界の方向６５に対して、第一，第二および第三の
強磁性層の一軸磁気異方性の方向６０１，６０２，６０
３をおよそ平行方向に、軟磁性自由層の一軸磁気異方性
の方向６０４をおよそ垂直に設定する。それぞれの一軸
異方性は、積層膜の形成時に磁界を所定の方向に印可し
て誘導するか、あるいは各々の方向に磁界を印可しなが
ら所定の温度で熱処理をする方法で誘導できる。電気抵
抗を検出する感知電流６１を感知すべき磁界の方向６５
とおよそ垂直に印可し、電流バイアス磁界の方向６６が
電流に対して右ねじ回りの方向に発生するようにする。
こうすることで、第一，第二および第三の強磁性層の実
質的な磁化量と、電流バイアス磁界と、磁気異方性とが
作用して、第一，第二および第三の強磁性層と軟磁性自
由層の磁化の方向６８，７１，７２，６７は図２に示し
たような配列が安定に実現される。すなわち、第一の強
磁性層の端部に発生する静磁界の方向７０１と第二及び
第三の強磁性層の端部から発生する静磁界の方向７０２
が、電流バイアス磁界の方向６６と同一になって、従来
の反強磁性膜による固定を必然としていたスピンバルブ
センサーとは異なり、反強磁性膜による交換結合力なし
で磁気的な安定を実現できるのである。第一および第二
の強磁性層の磁化の方向６８および７１は順平行で感知
すべき磁界６５にほぼ平行で、軟磁性自由層の磁化方向
６７と、磁界ゼロでおよそ垂直になり、これにより第一
の強磁性層および軟磁性自由層がスピンバルブとして動
作すると同時に第二の強磁性層と軟磁性自由層について
もスピンバルブとして動作し、いわゆるデュアルスピン
バルブもしくは二重スピンバルブ動作を実現するのであ
る。つまり、二重スピンバルブ構造に伴う抵抗変化率の
向上を反強磁性膜による分流が一切ない状態で実現して
さらなる出力の向上を実現し、従来デュアルスピンバル
ブの構成に必要であった２枚の反強磁性膜を、本構成に
よればすべて削減でき、出力の向上と、狭再生ギャップ
での構成実現を容易にできるのである。

【００３９】図３は本発明の磁気センサーを構成する巨
大磁気抵抗効果積層膜の別の構成例である。基体５０上
に下地膜１４，第一の強磁性層１８１，第一の反平行結
合層２１，第二の強磁性層１８２，第一の非磁性導電層
１２，軟磁性自由層１５，第二の非磁性導電層１６，第
三の強磁性層１７１，第二の反平行結合層２２，第四の
強磁性層１７２，保護膜３０を連続して形成してなる。
第一の強磁性層の基体側および第四の強磁性層の表面側
は、それぞれ非磁性膜である下地膜１４および保護膜３
０と接しており、従来のスピンバルブ膜のような反強磁
性膜と接して交換結合力を発生しているような構造では
ないことを特記すべきである。基体５０の表面側が非磁
性であれば、下地膜１４は省略した構成にしてもよい。
また、巨大磁気抵抗効果積層膜１０に、例えばアルミナ
などの非磁性膜からなる絶縁ギャップ膜が積層してセン
サーが作製される場合が通常であるから、保護膜３０を
省略してもよい。また、図３では第一の強磁性層が基体
側に配置した構成を示したが、積層膜全体の構成が逆
で、第一の強磁性層が表面側になるように構成しても、
本発明の趣旨からいささかも外れるものではない。軟磁
性自由層１５は単一の磁性層で示したが、図１のように
複数の層を積層したものであってもよい。同様に強磁性
層についても、複数の層の積層体から構成してもよい。
また本実施例のように、第一の非磁性導電層１２および
第二の非磁性導電層１６に接する部分の軟磁性自由層１
５および第二，第三の強磁性層の界面の組成がＣｏ合金
であるようにすると、巨大磁気抵抗効果積層膜の抵抗変
化率が向上するので好ましい。また第一から第四の強磁
性層のうちの第一の非磁性導電層１２および第二の非磁
性導電層１６に接しない部分については、電気抵抗の高
い材料、例えば、ＣｏＮｂＺｒアモルファス合金膜など
から構成すると、巨大磁気抵抗効果積層膜の抵抗変化率
が向上するので好ましい。

【００４０】下地膜１４および保護膜３０の材料構成に
ついては図１について述べたのと同様に選択すればよ
い。第一および第二の反平行結合層２１，２２の材料に
ついても同様に、図１で反平行結合層２０について述べ
たと同様に選択すればよい。

【００４１】第一から第四の強磁性層の磁化の量につい
て述べると以下のようである。CoFeからなる強磁性層の
飽和磁束密度はＦｅ組成が１０原子％とするとおよそ
１.８テスラである。図３に記載した膜厚例と加味して
計算すると、各層の強磁性層の磁化量はそれぞれ第一の
強磁性層が２.７ テスラ・ナノメートル、第二の強磁性
層が５.４テスラ・ナノメートル、第三の強磁性層が２.
７テスラ・ナノメートル、第四の強磁性層が５.４ テス
ラ・ナノメートルである。第一及び第二の強磁性層は第
一の反平行結合層２１によって強く反強磁性的、すなわ
ち互いの磁化の方向が反平行になるように結合し、感知
すべき磁界の範囲ではほぼ磁化が互いに反平行方向であ
ると考えてよい状態である。したがって第一および第二
の強磁性層は、互いの磁化が打ち消しあって両者の差分
のみが実質的な磁化量となる。その実質的な磁化量は図
３の記載の膜厚例において２.７ テスラ・ナノメートル
となる。同様に第三および第四の強磁性層は第二の反平
行結合層２２によって強く反強磁性的、すなわち互いの
磁化の方向が反平行になるように結合し、感知すべき磁
界の範囲ではほぼ磁化が互いに反平行方向であると考え
てよい状態である。したがって第三および第四の強磁性
層は、互いの磁化が打ち消しあって両者の差分のみが実
質的な磁化量となる。その実質的な磁化量は図３の記載
の膜厚例において２.７テスラ・ナノメートルとなる。

【００４２】この値は第一と第二の強磁性層の実質的な
磁化量と同じであり、結果として第一および第二の強磁
性層の実質的磁化量と、第二及び第三の強磁性層の実質
的磁化領はこの図２の構成で同等となるのである。各層
の膜厚や飽和磁束密度を変れば、すなわち同等の磁化量
からずれた分の寄与が発生し、この寄与は軟磁性自由層
１５へのバイアス効果をもたらし、磁気センサー素子の
特性を調整するのに利用できる。

【００４３】図４は図２の構成に基づいた本発明の磁気
センサーの動作挙動を模式的に示した図である。感知す
べき磁界の方向６５に対して、第一，第二，第三および
第四の強磁性層の一軸磁気異方性の方向６０１，６０
２，６０３，６０４をおよそ平行方向に、軟磁性自由層
の一軸磁気異方性の方向６０４をおよそ垂直に設定す
る。電気抵抗を検出する感知電流６１を感知すべき磁界
の方向６５とおよそ垂直に印可し、電流バイアス磁界の
方向６６が電流に対して右ねじ回りの方向に発生するよ
うにする。こうすることで、第一，第二，第三および第
四の強磁性層の実質的な磁化量と、電流バイアス磁界
と、磁気異方性とが作用して、第一，第二，第三および
第四の強磁性層と軟磁性自由層の磁化の方向６８，７
１，７２，６９，６７は図４に示したような配列が安定
に実現される。すなわち、第一および第二の強磁性層の
端部に発生する静磁界の方向７０１と第三及び第四の強
磁性層の端部から発生する静磁界の方向７０２が、電流
バイアス磁界の方向６６と同一になって、従来の反強磁
性膜による固定を必然としていたスピンバルブセンサー
とは異なり、反強磁性膜による交換結合力なしで磁気的
な安定を実現できるのである。第二および第三の強磁性
層の磁化の方向７１および７２は順平行で感知すべき磁
界６５にほぼ平行で、軟磁性自由層の磁化方向６７と、
磁界ゼロでおよそ垂直になり、これにより第二の強磁性
層および軟磁性自由層がスピンバルブとして動作すると
同時に第三の強磁性層と軟磁性自由層についてもスピン
バルブとして動作し、いわゆるデュアルスピンバルブも
しくは二重スピンバルブ動作を実現するのである。つま
り、二重スピンバルブ構造に伴う抵抗変化率の向上を反
強磁性膜による分流が一切ない状態で実現してさらなる
出力の向上を実現し、従来デュアルスピンバルブの構成
に必要であった２枚の反強磁性膜を、本構成によればす
べて削減でき、出力の向上と、狭再生ギャップでの構成
実現を容易にできるのである。

【００４４】図５は本発明の磁気センサーを構成する巨
大磁気抵抗効果積層膜のさらに別の構成例である。基体
５０上に反強磁性膜２５，第三の強磁性層１３４，反平
行結合層２０，第二の強磁性層１３１，第二の非磁性導
電層１２，軟磁性自由層１５，第一の非磁性導電層１
６，第一の強磁性層１１，保護膜３０を連続して形成し
てなる。第一の強磁性層の表面側は、非磁性膜である保
護膜３０と接しており、従来のスピンバルブ膜のような
反強磁性膜と接して交換結合力を発生しているような構
造ではないことを特記すべきである。巨大磁気抵抗効果
積層膜１０に、例えばアルミナなどの非磁性膜からなる
絶縁ギャップ膜が積層してセンサーが作製される場合が
通常であるから、保護膜３０を省略してもよい。また、
図５では第一の強磁性層が表面側に配置した構成を示し
たが、積層膜全体の構成が逆で、第一の強磁性層が基体
側になるように構成しても、本発明の趣旨からいささか
も外れるものではない。軟磁性自由層１５は単一の磁性
層であるか、本実施例のように軟磁性自由層第一層１５
１と、軟磁性自由層第二層１５２と、軟磁性自由層第三
層１５３、のように複数の層を積層したものであっても
よい。同様に強磁性層についても、第三の強磁性層１３
４を、複数の層の積層体から構成してもよい。特に、第
一の非磁性導電層１２および第二の非磁性導電層１６に
接する部分の軟磁性自由層１５および第一および第二の
強磁性層の界面の組成がＣｏ合金であるようにすると、
巨大磁気抵抗効果積層膜の抵抗変化率が向上するので好
ましい。また強磁性層のうちの第一の非磁性導電層１２
および第二の非磁性導電層１６に接しない部分について
は、電気抵抗の高い材料、例えば、ＣｏＮｂＺｒアモル
ファス合金膜などから構成すると、巨大磁気抵抗効果積
層膜の抵抗変化率が向上するので好ましい。

【００４５】保護膜３０および反平行結合層２０は図１
についての説明と同様に材料および厚さなどを選択して
よい。

【００４６】第一から第三の強磁性層の磁化の量も図１
についての説明と同様である。

【００４７】反強磁性膜２５は例えばＭｎＰｔ膜から構
成し、隣接する第三の強磁性層134に交換結合力による
一方向異方性を印可し、第三の強磁性層１３４の磁化の
方向を実質的に固定する。反強磁性膜２５は図６のよう
にＭｎＰｔ膜であるほかに、Ｍｎ−Ｉｒ合金膜などの反
強磁性膜であってもよい。また、図５のように基体５０
上に連続して形成するか、適切な下地膜を用いて積層体
の結晶性や配向性を向上するような効果を持たせてもよ
い。

【００４８】さらに、図には示していないが、反強磁性
膜２５が図５のように第三の強磁性層に隣接する構造で
なく、第一の強磁性層に隣接する構成であってもよい。
すなわち、基体／下地膜／反強磁性膜／第一の強磁性層
／第一の非磁性導電層／軟磁性自由層／第二の非磁性導
電層／第二の強磁性層／反平行結合層／第三の強磁性層
／保護膜のような構成でも、基本的に同様に動作が実現
できる。同様に図４の構成のように第一から第四の強磁
性層と第一から第二の反平行結合層を含む構成としても
よい。すなわち、基体／下地膜／反強磁性膜／第一の強
磁性層／第一の反平行結合層／第二の強磁性層／第一の
非磁性導電層／軟磁性自由層／第二の非磁性導電層／第
三の強磁性層／反平行結合層／第四の強磁性層／保護膜
の構成、あるいは基体／下地膜／第一の強磁性層／第一
の反平行結合層／第二の強磁性層／第一の非磁性導電層
／軟磁性自由層／第二の非磁性導電層／第三の強磁性層
／反平行結合層／第四の強磁性層／反強磁性膜／保護膜
の構成でも基本的に同様の動作を実現することができ
る。

【００４９】図６は図５の構成に基づいた本発明の磁気
センサーの動作挙動を模式的に示した図である。感知す
べき磁界の方向６５に対して、第一の強磁性層の一軸磁
気異方性の方向６０１をおよそ平行方向に、軟磁性自由
層の一軸磁気異方性の方向604をおよそ垂直に設定す
る。さらに反強磁性膜２５が第一の強磁性層に印可する
一方向異方性の方向を感知すべき磁界６５の方向と平行
にする。電気抵抗を検出する感知電流６１を感知すべき
磁界の方向６５とおよそ垂直に印可し、電流バイアス磁
界の方向６６が電流に対して右ねじ回りの方向に発生す
るようにする。こうすることで、第一，第二および第三
の強磁性層の実質的な磁化量と、電流バイアス磁界と、
磁気異方性とが作用して、第一，第二および第三の強磁
性層と軟磁性自由層の磁化の方向６８，７１，７２，６
７は図６に示したような配列が安定に実現される。すな
わち、第一の強磁性層の端部に発生する静磁界の方向７
０１と第二及び第三の強磁性層の端部から発生する静磁
界の方向７０２が、電流バイアス磁界の方向６６と同一
になって、従来の反強磁性膜による固定を必然としてい
たスピンバルブセンサーとは異なり、第一の強磁性層に
対する反強磁性膜による交換結合力なしで磁気的な安定
を実現できるのである。第一および第二の強磁性層の磁
化の方向６８および７１は順平行で感知すべき磁界６５
にほぼ平行で、軟磁性自由層の磁化方向６７と、磁界ゼ
ロでおよそ垂直になり、これにより第一の強磁性層およ
び軟磁性自由層がスピンバルブとして動作すると同時に
第二の強磁性層と軟磁性自由層についてもスピンバルブ
として動作し、いわゆるデュアルスピンバルブもしくは
二重スピンバルブ動作を実現するのである。つまり、二
重スピンバルブ構造に伴う抵抗変化率の向上を反強磁性
膜による分流がより少ない状態で実現してさらなる出力
の向上を実現し、従来デュアルスピンバルブの構成に必
要であった２枚の反強磁性膜を、本構成によれば一枚に
削減でき、出力の向上と、狭再生ギャップでの構成実現
を容易にできるのである。

【００５０】図７は本発明の磁気センサーの構成例を示
した概略図である。図は本磁気センサーを磁気ヘッドと
して使用する際の対向面から見た図である。基体５０に
は下部磁気シールド８２，下部絶縁ギャップ５１が形成
され、この上に巨大磁気抵抗効果積層膜１０を形成す
る。巨大磁気抵抗効果積層膜１０は所定のサイズに形成
した後、磁区制御膜４１および電極４０を形成して感知
電流の印可，検出を可能にするとともに信号の再現性を
得られる構成とする。さらに上部絶縁ギャップ５２，上
部磁気シールド８１を形成して、再生信号を検出する再
生ギャップ４３を形成して磁気センサーを形成する。電
極４０および磁区制御膜４１の形成方法およびその形状
は、いわゆるハードバイアス構造の他に、さまざまな方
法が利用できる。

【００５１】図８は本発明の磁気記録再生装置の再生ヘ
ッド／記録媒体部分の模式図である。基体５０の表面に
実質的に露出した対向面６３は、磁気ディスク９５上に
形成された記録媒体９１の各々の記録トラック４４上
に、近接して対向し、記録媒体９１から漏洩する漏洩磁
場６４を巨大磁気抵抗効果積層膜１０で検知し、電極４
０を通じて再生電圧を出力する。感知電流は感知電流の
方向を示す矢印６１のように印可し、巨大磁気抵抗効果
積層膜１０の部分の感知電流の方向は感知すべき磁界の
方向、すなわち漏洩磁界６４のある対向面６３の法線方
向に対してのおよそ垂直である。基体５０はヘッドスラ
イダー９０を兼ねており、磁気ヘッドの磁気ディスク９
５上での対向の状態を決定する。

【００５２】図９は本発明の巨大磁気抵抗型磁気ヘッド
の構成例を示した概略図である。基体５０上には下部磁
気シールド８２，電極４０，巨大磁気抵抗効果積層膜１
０，上部磁気シールド兼下部磁気コア８４，コイル４
２，上部磁気コア８３を形成してなる。再生ギャップ４
３は上部及び下部磁気シールドの間隙で決まる。ここで
は、上部磁気シールドが下部磁気コアを兼ねる構造を表
記してあるが、これらが分離して個々の上部磁気シール
ドと下部磁気コアがある構造であっても本発明を損なう
ものではない。巨大磁気抵抗効果積層膜１０は一対の電
極４０と電気的に接触してなり、電極４０より検知電流
を入力するとともに外部の磁界に反応して生じる電気抵
抗の変化を再生電圧として出力するとともに感知電流を
感知すべき磁界の方向におよそ垂直に流して巨大磁気抵
抗効果積層膜の磁化状態を所定の方向に安定に保つ機能
を持たせる。

【００５３】図１０は本発明の磁気記録再生装置の構成
例である。磁気的に情報を記録する記録媒体９１を保持
するディスク９５をスピンドルモーター９３にて回転さ
せ、アクチュエーター９２によってヘッドスライダー９
０をディスク９５のトラック上に誘導する。即ち磁気デ
ィスク装置においてはヘッドスライダー９０上に形成し
た再生ヘッド、及び記録ヘッドがこの機構に依ってディ
スク９５上の所定の記録位置に近接して相対運動し、信
号を順次書き込み、及び読み取るのである。アクチュエ
ーター９２はロータリーアクチュエーターであることが
望ましい。記録信号は信号処理系９４を通じて記録ヘッ
ドにて媒体上に記録し、再生ヘッドの出力を、信号処理
系９４を経て信号として得る。さらに再生ヘッドを所望
の記録トラック上へ移動せしめるに際して、本再生ヘッ
ドからの高感度な出力を用いてトラック上の位置を検出
し、アクチュエーターを制御して、ヘッドスライダーの
位置決めを行うことができる。本図ではヘッドスライダ
ー９０，ディスク９５を各１個示したが、これらは複数
であっても構わない。またディスク９５は両面に記録媒
体９１を有して情報を記録してもよい。情報の記録がデ
ィスク両面の場合ヘッドスライダー９０はディスクの両
面に配置する。

【００５４】図１１は本発明の磁気記録装置の再生・リ
セット部の概略構成図である。磁気抵抗効果素子からな
る磁気センサー部に感知電流を印可する感知電流源とと
もに、磁気センサーに一時的に感知電流より大きな電流
を印可して磁化状態をリセットするリセット電流源を配
備してなる。このような機構で、磁気センサーの動作を
良好に保つことができる。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば良
好なバイアス特性と、出力の高い磁気センサーと、これ
を用いた磁気ヘッドが得られ、特に高い記録密度におい
て良好な再生出力とバイアス特性を有する磁気ヘッドお
よび高密度磁気記録再生装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気センサーを構成する巨大磁気抵抗
効果積層膜の構成例を示す図である。

【図２】図１の構成に基づいた本発明の磁気センサーの
動作挙動を模式的に示した図である。

【図３】本発明の磁気センサーを構成する巨大磁気抵抗
効果積層膜の別の構成例を示す図である。

【図４】図２の構成に基づいた本発明の磁気センサーの
動作挙動を模式的に示した図である。

【図５】本発明の磁気センサーを構成する巨大磁気抵抗
効果積層膜のさらに別の構成例を示す図である。

【図６】図５の構成に基づいた本発明の磁気センサーの
動作挙動を模式的に示した図である。

【図７】本発明の磁気センサーの構成例を示した概略図
である。

【図８】本発明の磁気記録再生装置の再生ヘッド／記録
媒体部分の模式図である。

【図９】本発明の巨大磁気抵抗型磁気ヘッドの構成例を
示した概略図である。

【図１０】本発明の磁気記録再生装置の構成例を示す図
である。

【図１１】本発明の磁気記録装置の再生・リセット部の
概略構成図である。

【符号の説明】

１０…巨大磁気抵抗効果積層膜、１１…第一の強磁性
層、１２…第一の非磁性中間層、１４…下地膜、１５…
軟磁性自由層、１６…第二の非磁性中間層、１９…第一
の積層固定層、２０…反平行結合層、２１…第一の反平
行結合層、２２…第二の反平行結合層、２５…反強磁性
膜、３０…保護膜、４０…電極、４１…磁区制御膜、４
２…コイル、４３…再生ギャップ、５０…基体、５１…
下部絶縁ギャップ、５２…上部絶縁ギャップ、６１…感
知電流の方向、６３…対向面、６４…漏洩磁界、６５…
感知すべき磁界の方向、６６…電流バイアス磁界の方
向、６７…軟磁性自由層の動作時の磁化の状態を示す矢
印、６８…第一の強磁性層の磁化および磁気異方性の方
向を示す矢印、７１…第二の強磁性層の動作時の磁化の
状態を示す矢印、７２…第三の強磁性層の磁化および磁
気異方性の方向を示す矢印、８１…上部磁気シールド、
８２…下部磁気シールド、８３…上部磁気コア、８４…
上部シールド兼下部磁気コア、９０…ヘッドスライダ
ー、９１…記録媒体、９２…アクチュエーター、９３…
スピンドル、９４…信号処理系、９５…磁気ディスク、
１３１…第二の強磁性層、１３２…第三の強磁性層第一
層、１３３…第三の強磁性層第二層、１３４…第三の強
磁性層、１５１…軟磁性自由層第一層、１５２…軟磁性
自由層第二層、１５３…軟磁性自由層第三層、１７１…
第一の強磁性層、１７２…第二の強磁性層、１８１…第
三の強磁性層、１８２…第四の強磁性層、１９１…積層
固定層第一強磁性層、１９２…反強磁性結合膜、193…
積層固定層第二強磁性膜、６０１…第一の強磁性層の一
軸磁気異方性の方向を示す矢印、６０２…第二の強磁性
層の一軸磁気異方性の方向を示す矢印、６０３…第三の
強磁性層の一軸磁気異方性の方向を示す矢印、６０４…
軟磁性自由層の一軸磁気異方性の方向を示す矢印、６０
５…第四の強磁性層の一軸異方性の方向を示す矢印、６
０６…第一の強磁性層に印可する一方向異方性の方向、
７０１…第一の強磁性層の端部から漏洩する磁界の方向
を示す矢印、７０２…第二と第三の強磁性層の端部から
漏洩する磁界の方向を示す矢印、７０３…第一と第二の
強磁性層の端部から漏洩する磁界の方向を示す矢印、７
０４…第三と第四の強磁性層の端部から漏洩する磁界の
方向を示す矢印。

フロントページの続き (72)発明者 中本 一広 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BB01 CA08

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下を動作環境で自発磁化を持たない非磁
   性体で挟まれた、第一の強磁性層／第一の非磁性中間層
   ／軟磁性自由層／第二の非磁性層／第二の強磁性層／反
   平行結合層／第三の強磁性層の積層構成を有し、 上記第一，第二，第三の強磁性層が、反強磁性膜あるい
   は硬磁性層膜と直接全面に積層した交換結合構造を持た
   ずに軟磁気特性を有する膜からなり、 上記第二および第三の強磁性層は上記反平行結合層を介
   して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する反強磁
   性的な結合を有し、 上記反強磁性的な結合により、感知すべき外部磁界の大
   きさの磁界に対しては、上記第二及び第三の強磁性層の
   それぞれの磁化が実質的に反平行に配列しており、 外部の磁界に応じて上記軟磁性自由層の磁化が回転し、
   上記軟磁性自由層の磁化と、上記第一および第二の強磁
   性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生
   じ、一対の電極を有することを特徴とするスピンバルブ
   型磁気センサーで、 上記第二の強磁性層の、飽和磁束密度と厚さの積で定義
   される磁化の量に比べて上記第三の強磁性層の磁化の量
   が大きく、 感知すべき磁界の方向に対しておよそ直角をなす方向に
   検出電流を印可し、 上記検出電流により発生する、電流の進行方向に対して
   右ねじ回りの方向に発生する電流バイアス磁界により、
   上記第一の強磁性層が上記電流バイアス磁界とおよそ平
   行に磁化して感知すべき外部磁界に対して実質的に固定
   され、 上記反平行に配列した上記第二および第三の強磁性層
   が、上記電流バイアス磁界と上記第三の強磁性層がおよ
   そ平行に、上記第二の強磁性層がおよそ反平行にそれぞ
   れ磁化して、感知すべき外部磁界に対して実質的に固定
   されてなることを特徴とする磁気センサー。
2. 【請求項２】上下を動作環境で自発磁化を持たない非磁
   性体で挟まれた、第一の強磁性層／第一の反平行結合層
   ／第二の強磁性層／第一の非磁性中間層／軟磁性自由層
   ／第二の非磁性層／第三の強磁性層／第二の反平行結合
   層／第四の強磁性層の積層構成を有し、 上記第一，第二，第三，第四の強磁性層が、反強磁性膜
   あるいは硬磁性層膜と直接全面に積層した交換結合構造
   を持たずに軟磁気特性を有する膜からなり、 上記第一および第二の強磁性層は上記第一の反平行結合
   層を介して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する
   反強磁性的な結合を有し、 上記第三および第四の強磁性層は上記第二の反平行結合
   層を介して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する
   反強磁性的な結合を有し、 上記反強磁性的な結合により、感知すべき外部磁界の大
   きさの磁界に対しては、上記第一及び第二の強磁性層、
   かつ、上記第三及び第四の強磁性層のそれぞれの磁化が
   実質的に反平行に配列しており、 外部の磁界に応じて上記軟磁性自由層の磁化が回転し、
   上記軟磁性自由層の磁化と、上記第二および第三の強磁
   性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生
   じ、一対の電極を有することを特徴とするスピンバルブ
   型磁気センサーで、 上記第一の強磁性層の、飽和磁束密度と厚さの積で定義
   される磁化の量に比べて上記第二の強磁性層の磁化の量
   が大きく、 上記第三の強磁性層の磁化の量に比べて上記第四の強磁
   性層の磁化の量が大きく、 感知すべき磁界の方向に対しておよそ直角をなす方向に
   検出電流を印可し、 上記検出電流により発生する、電流の進行方向に対して
   右ねじ回りの方向に発生する電流バイアス磁界により、
   上記反平行に配列した上記第一および第二の強磁性層
   が、上記電流バイアス磁界と上記第二の強磁性層がおよ
   そ平行に、上記第一の強磁性層がおよそ反平行にそれぞ
   れ磁化して、感知すべき外部磁界に対して実質的に固定
   されてなり、 上記反平行に配列した上記第三および第四の強磁性層
   が、上記電流バイアス磁界と上記第四の強磁性層がおよ
   そ平行に、上記第三の強磁性層がおよそ反平行にそれぞ
   れ上記電流バイアス磁界によって磁化して、感知すべき
   外部磁界に対して実質的に固定されてなることを特徴と
   する磁気センサー。
3. 【請求項３】上記第一，第二及び第三の強磁性層の少な
   くとも一部が、Ｃｏ７０から９５原子％，鉄５から３０
   原子％、あるいはＣｏ５０から９０原子％，鉄５から４
   ０原子％，ニッケル５から４５原子％であることを特徴
   とする請求項１記載の磁気センサー。
4. 【請求項４】上記第一，第二，第三及び第四の強磁性層
   の少なくとも一部が、Ｃｏ７０から９５原子％，鉄５か
   ら３０原子％、あるいはＣｏ５０から９０原子％，鉄５
   から４０原子％，ニッケル５から４５原子％であること
   を特徴とする請求項２記載の磁気センサー。
5. 【請求項５】上記第一および第二の反平行結合層が、Ｒ
   ｕ、あるいはＲｕ合金からなることを特徴とする請求項
   １または２記載の磁気センサー。
6. 【請求項６】上記第一及び第二の強磁性層の厚さが１か
   ら４ナノメートルで、上記第三と第二の強磁性層の磁化
   の量の差分が上記第一の強磁性層の磁化の量の１／２か
   ら２倍の範囲であることを特徴とする請求項１または３
   記載の磁気センサー。
7. 【請求項７】上記第一及び三の強磁性層の厚さが１から
   ４ナノメートルで、上記第四と第三の強磁性層の磁化の
   量の差分が上記第一の強磁性層の磁化の量の１／２から
   ２倍の範囲であって、上記第二と第一の強磁性層の磁化
   の量の差分が上記第三の強磁性層の磁化の量の１／２か
   ら２倍の範囲であって、上記第四と第三の強磁性層の磁
   化の量の差分と上記第二と第一の強磁性層の磁化の量の
   差分が、１／２から２倍の範囲であることを特徴とする
   請求項２または４記載の磁気センサー。
8. 【請求項８】上下を動作環境で自発磁化を持たない非磁
   性体で挟まれた、第一の強磁性層／第一の非磁性中間層
   ／軟磁性自由層／第二の非磁性層／第二の強磁性層／反
   平行結合層／第三の強磁性層／反強磁性膜の積層構成を
   有し、 上記第一の強磁性層が、反強磁性膜あるいは硬磁性層膜
   と直接全面に積層した交換結合構造を持たずに軟磁気特
   性を有する膜からなり、 上記第三の強磁性層が、上記反強磁性膜と交換結合した
   状態にあって実質的に磁化の方向を感知すべき磁界の方
   向に固定され、 上記第二および第三の強磁性層は上記反平行結合層を介
   して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する反強磁
   性的な結合を有し、 上記反強磁性的な結合により、感知すべき外部磁界の大
   きさの磁界に対しては、上記第二及び第三の強磁性層の
   それぞれの磁化が実質的に反平行に配列しており、 外部の磁界に応じて上記軟磁性自由層の磁化が回転し、
   上記軟磁性自由層の磁化と、上記第一および第二の強磁
   性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生
   じ、一対の電極を有することを特徴とするスピンバルブ
   型磁気センサーで、 上記第二の強磁性層の磁化の大きさに比べて上記第三の
   強磁性層の磁化の大きさが大きく、 感知すべき磁界の方向に対しておよそ直角をなす方向に
   検出電流を印可し、 上記検出電流により発生する、電流の進行方向に対して
   右ねじ回りの方向に発生する電流バイアス磁界により、
   上記第一の強磁性層が上記電流バイアス磁界とおよそ平
   行に磁化して感知すべき外部磁界に対して実質的に固定
   され、 上記反平行に配列した上記第二および第三の強磁性層
   が、上記電流バイアス磁界と上記第三の強磁性層がおよ
   そ平行に、上記第二の強磁性層がおよそ反平行に、上記
   反強磁性膜の交換結合により、感知すべき外部磁界に対
   して実質的に固定されてなることを特徴とする磁気セン
   サー。
9. 【請求項９】上下を動作環境で自発磁化を持たない非磁
   性体で挟まれた、反強磁性膜／第一の強磁性層／第一の
   非磁性中間層／軟磁性自由層／第二の非磁性層／第二の
   強磁性層／反平行結合層／第三の強磁性層の積層構成を
   有し、 上記第二および第三の強磁性層が、反強磁性膜あるいは
   硬磁性層膜と直接全面に積層した交換結合構造を持たず
   に軟磁気特性を有する膜からなり、 上記第一の強磁性層が、上記反強磁性膜と交換結合した
   状態にあって実質的に磁化の方向を感知すべき磁界の方
   向に固定され、 上記第二および第三の強磁性層は上記反平行結合層を介
   して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する反強磁
   性的な結合を有し、 上記反強磁性的な結合により、感知すべき外部磁界の大
   きさの磁界に対しては、上記第二及び第三の強磁性層の
   それぞれの磁化が実質的に反平行に配列しており、 外部の磁界に応じて上記軟磁性自由層の磁化が回転し、
   上記軟磁性自由層の磁化と、上記第一および第二の強磁
   性層の磁化との相対角度が変わって磁気抵抗効果を生
   じ、一対の電極を有することを特徴とするスピンバルブ
   型磁気センサーで、 上記第二の強磁性層の磁化の大きさに比べて上記第三の
   強磁性層の磁化の大きさが大きく、 感知すべき磁界の方向に対しておよそ直角をなす方向に
   検出電流を印可し、 上記検出電流により発生する、電流の進行方向に対して
   右ねじ回りの方向に発生する電流バイアス磁界により、
   上記反平行に配列した上記第二および第三の強磁性層
   が、上記電流バイアス磁界と上記第三の強磁性層がおよ
   そ平行に、上記第二の強磁性層がおよそ反平行に実質的
   に固定され、 上記第一の強磁性層が、上記反強磁性膜の交換結合によ
   り上記電流バイアス磁界とおよそ平行に磁化が実質的に
   固定されてなることを特徴とする磁気センサー。
10. 【請求項１０】上下を動作環境で自発磁化を持たない非
    磁性体で挟まれた、反強磁性膜／第一の強磁性層／第一
    の反平行結合層／第二の強磁性層／第一の非磁性中間層
    ／軟磁性自由層／第二の非磁性層／第三の強磁性層／第
    二の反平行結合層／第四の強磁性層の積層構成を有し、 上記第一の強磁性層が、上記反強磁性膜と交換結合した
    状態にあって実質的に磁化の方向を感知すべき磁界の方
    向に固定され、 上記第三，第四の強磁性層が、反強磁性膜あるいは硬磁
    性層膜と直接全面に積層した交換結合構造を持たずに軟
    磁気特性を有する膜からなり、 上記第一および第二の強磁性層は上記第一の反平行結合
    層を介して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する
    反強磁性的な結合を有し、 上記第三および第四の強磁性層は上記第二の反平行結合
    層を介して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する
    反強磁性的な結合を有し、 上記反強磁性的な結合により、感知すべき外部磁界の大
    きさの磁界に対しては、上記第一及び第二の強磁性層、
    かつ、上記第三及び第四の強磁性層のそれぞれの磁化が
    実質的に反平行に配列しており、 外部の磁界に応じて上記軟磁性自由層の磁化が回転し、
    上記第二および第三の強磁性層の磁化との相対角度が変
    わって磁気抵抗効果を生じることを特徴とするスピンバ
    ルブ型磁気センサーで、 上記第一の強磁性層の磁化の大きさに比べて上記第二の
    強磁性層の磁化の大きさが大きく、 上記第三の強磁性層の磁化の大きさに比べて上記第四の
    強磁性層の磁化の大きさが大きく、 感知すべき磁界の方向に対しておよそ直角をなす方向に
    検出電流を印可し、 上記検出電流により発生する、電流の進行方向に対して
    右ねじ回りの方向に発生する電流バイアス磁界により、
    上記反平行に配列した上記第一および第二の強磁性層
    が、上記電流バイアス磁界と上記第一の強磁性層がおよ
    そ平行に、上記第二の強磁性層がおよそ反平行に、上記
    交換結合によって実質的に磁化が固定されてなり、 上記反平行に配列した上記第三および第四の強磁性層
    が、上記電流バイアス磁界によって、上記電流バイアス
    磁界と上記第四の強磁性層がおよそ平行に、上記第三の
    強磁性層がおよそ反平行にそれぞれ磁化して、感知すべ
    き外部磁界に対して実質的に固定されてなることを特徴
    とする磁気センサー。
11. 【請求項１１】上下を動作環境で自発磁化を持たない非
    磁性体で挟まれた、第一の強磁性層／第一の反平行結合
    層／第二の強磁性層／第一の非磁性中間層／軟磁性自由
    層／第二の非磁性層／第三の強磁性層／第二の反平行結
    合層／第四の強磁性層／反強磁性膜の積層構成を有し、 上記第四の強磁性層が、上記反強磁性膜と交換結合した
    状態にあって実質的に磁化の方向を感知すべき磁界の方
    向に固定され、 上記第一および第二の強磁性層は上記第一の反平行結合
    層を介して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する
    反強磁性的な結合を有し、 上記第三および第四の強磁性層は上記第二の反平行結合
    層を介して、互いの強磁性層の磁化が反平行に配列する
    反強磁性的な結合を有し、 上記反強磁性的な結合により、感知すべき外部磁界の大
    きさの磁界に対しては、上記第一及び第二の強磁性層、
    かつ、上記第三及び第四の強磁性層のそれぞれの磁化が
    実質的に反平行に配列しており、 外部の磁界に応じて上記軟磁性自由層の磁化が回転し、
    上記第二および第三の強磁性層の磁化との相対角度が変
    わって磁気抵抗効果を生じ、一対の電極を有することを
    特徴とするスピンバルブ型磁気センサーで、 上記第一の強磁性層の磁化の大きさに比べて上記第二の
    強磁性層の磁化の大きさが大きく、 上記第三の強磁性層の磁化の大きさに比べて上記第四の
    強磁性層の磁化の大きさが大きく、 感知すべき磁界の方向に対しておよそ直角をなす方向に
    検出電流を印可し、 上記検出電流により発生する、電流の進行方向に対して
    右ねじ回りの方向に発生する電流バイアス磁界により、 上記反平行に配列した上記第一および第二の強磁性層
    が、上記電流バイアス磁界と上記第一の強磁性層がおよ
    そ平行に、上記第二の強磁性層がおよそ反平行に、上記
    交換結合によって実質的に磁化が固定されてなり、 上記反平行に配列した上記第三および第四の強磁性層
    が、上記交換結合によって、上記電流バイアス磁界と上
    記第四の強磁性層がおよそ平行に、上記第三の強磁性層
    がおよそ反平行にそれぞれ磁化して、感知すべき外部磁
    界に対して実質的に固定されてなることを特徴とする磁
    気センサー。
12. 【請求項１２】記録媒体に近接して対向する対向面を介
    して、上記記録媒体上に磁気的に記録された信号を再生
    する磁気ヘッドを有する磁気記録再生装置において、上
    記磁気ヘッドが磁気的なギャップを形成する一対の磁気
    シールドと、 上記磁気ギャップ内に配置した磁気抵抗効果素子とを有
    し、 下部磁気シールド，下部絶縁ギャップ，磁気抵抗効果素
    子，上部絶縁ギャップ，上部磁気シールドが順次積層さ
    れてなり、 上記磁気抵抗効果素子が上記積層構造と一対の電極と磁
    区制御膜からなり、かつ上記特許請求の範囲第１項から
    １２項の磁気センサーからなる磁気ヘッドであって、 上記磁気センサーに印可する検知電流が、上記積層構造
    の導電部分について実質的に１００ＭＡ／cm² 以上の電
    流密度であることを特徴とする磁気記録再生装置。
13. 【請求項１３】記録媒体に近接して対向する対向面を介
    して、上記記録媒体上に磁気的に記録された信号を再生
    する磁気ヘッドを有する磁気記録再生装置において、上
    記磁気ヘッドが磁気的なギャップを形成する一対の磁気
    シールドと、 上記磁気ギャップ内に配置した磁気抵抗効果素子とを有
    し、 下部磁気シールド，下部絶縁ギャップ，磁気抵抗効果素
    子，上部絶縁ギャップ，上部磁気シールドが順次積層さ
    れてなり、 上記磁気抵抗効果素子が上記積層構造と一対の電極と磁
    区制御膜からなり、かつ上記特許請求の範囲第１項から
    １１項の磁気センサーからなる磁気ヘッドであって、 上記磁気センサーに印可する検知電流が、再生信号非検
    出時に於いても印可されており、非再生時電流が再生時
    電流に対して０.１から０.９倍の範囲であることを特徴
    とする磁気記録再生装置。
14. 【請求項１４】記録媒体に近接して対向する対向面を介
    して、上記記録媒体上に磁気的に記録された信号を再生
    する磁気ヘッドを有する磁気記録再生装置において、上
    記磁気ヘッドが磁気的なギャップを形成する一対の磁気
    シールドと、 上記磁気ギャップ内に配置した磁気抵抗効果素子とを有
    し、 下部磁気シールド，下部絶縁ギャップ，磁気抵抗効果素
    子，上部絶縁ギャップ，上部磁気シールドが順次積層さ
    れてなり、 上記磁気抵抗効果素子が上記積層構造と一対の電極と磁
    区制御膜からなり、かつ上記特許請求の範囲第１項から
    １１項の磁気センサーからなる磁気ヘッドであって、 上記磁気センサーに印可する検知電流と同一の方向に、
    上記積層構造の磁化状態を初期化するための初期化電流
    を印可する機構を有し、上記初期化電流の大きさが再生
    時の検出電流に対して１.５ から１００倍の範囲である
    ことを特徴とする磁気記録再生装置。
15. 【請求項１５】記録媒体に近接して対向する対向面を介
    して、上記記録媒体上に磁気的に記録された信号を再生
    する磁気ヘッドを有する磁気記録再生装置において、上
    記磁気ヘッドが磁気的なギャップを形成する一対の磁気
    シールドと、 上記磁気ギャップ内に配置した磁気抵抗効果素子とを有
    し、 下部磁気シールド，下部絶縁ギャップ，磁気抵抗効果素
    子，上部絶縁ギャップ，上部磁気シールドが順次積層さ
    れてなり、 上記磁気抵抗効果素子が上記積層構造と一対の電極と磁
    区制御膜からなり、かつ上記特許請求の範囲第１項から
    １１項の磁気センサーからなる磁気ヘッドであって、 上記磁気的なギャップの間隔が０.１ ミクロン以下、上
    記積層構造の厚さが３０ナノメートル以下であって、上
    記積層構造が上記磁気的なギャップの中心か、中心から
    ２０％以内に配置され、上記磁気的なギャップの上記積
    層構造よりも基板側の部分の間隔と、上記磁気的なギャ
    ップの上記積層構造よりも表面側の部分の間隔が共に２
    ０ナノメートルから３５ナノメートルであることを特徴
    とする磁気記録再生装置。