JP4328348B2 - 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子、その磁気抵抗効果素子を備える薄膜磁気ヘッド、ならびにその薄膜磁気ヘッドを含むヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置に関する。

近年、ハード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の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、読み出し専用の磁気抵抗効果素子（以下、単にＭＲ（Magneto-resistive）素子と簡略に記すことがある）を有する再生ヘッドと、書き込み専用の誘導型磁気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使用されている。

ＭＲ素子としては、異方性磁気抵抗(Anisotropic Magneto-resistive)効果を用いたＡＭＲ素子や、巨大磁気抵抗(Giant Magneto-resistive)効果を用いたＧＭＲ素子や、トンネル磁気抵抗(Tunnel-type Magneto-resistive)効果を用いたＴＭＲ素子等が挙げられる。

再生ヘッドの特性としては、特に、高感度で高出力であることが要求される。このような要求を満たす再生ヘッドとして、既に、スピンバルブ型ＧＭＲ素子を用いたＧＭＲヘッドが量産されている。また、近年では面記録密度のさらなる向上に応じてＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドの量産も行なわれつつある。

スピンバルブ型ＧＭＲ素子は、一般に、非磁性層と、この非磁性層の一方の面に形成されたフリー層と、非磁性層の他方の面に形成された磁化固定層と、非磁性層とは反対に位置する側の磁化固定層の上に形成されたピンニング層（一般には反強磁性層）とを有している。フリー層は外部からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化するよう作用する層であり、磁化固定層は、ピンニング層（反強磁性層）からの磁界によって、磁化の方向が固定される層である。

ところで、従来のＧＭＲヘッドは、磁気的信号検出用の電流（いわゆる、センス電流）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構造、すなわち、ＣＩＰ(Current In Plane)構造が主流となっていた（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）。これに対して、センス電流を、ＧＭＲ素子を構成する各層の面に対して垂直方向（積層方向）に流す構造、すなわち、ＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)構造のＧＭＲ素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）も次世代の素子として開発が進められている。

前述したＴＭＲ素子も電流を流す方向のみからの分類でいえば、ＣＰＰ構造の範疇に入っている。しかしながら、ＴＭＲ素子の積層膜構成および検出原理は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のそれらとは、異なる。すなわち、ＴＭＲ素子は、一般には、フリー層と、磁化固定層と、これらの間に配置されたトンネルバリア層と、磁化固定層のトンネルバリア層と接する面とは反対側の面に配置された反強磁性層とを有している。トンネルバリア層は、トンネル効果によりスピンを保存した状態で電子が通過できる非磁性絶縁層である。それ以外の層、例えば、フリー層、磁化固定層、および反強磁性層は、スピンバルブ型ＧＭＲ素子に用いられるものと基本的に同様であるといえる。

ところで、ＴＭＲ素子を再生ヘッドに用いる場合には、ＴＭＲ素子の低抵抗化が要求される。その理由は以下のとおりである。つまり、磁気ディスク装置では、記録密度の向上とデータ転送レートの向上が要求されており、それに伴い、再生ヘッドには高周波応答性が良いことが要求される。ところが、ＴＭＲ素子の抵抗値が大きいと、ＴＭＲ素子およびそれに接続される回路において発生する浮遊容量が大きくなり、再生ヘッドの高周波応答特性が低下してしまう。そのため、ＴＭＲ素子には、必然的に素子の低抵抗化が要求されるのである。

一般的に、ＴＭＲ素子の低抵抗化のためには、トンネルバリヤ層の厚みを小さくすることが有効である。しかしながら、トンネルバリア層の厚みを小さくし過ぎると、トンネルバリア層に多くのピンホールが生じることによって、ＴＭＲ素子の寿命が短くなったり、フリー層と磁化固定層との間で磁気的な結合が生じることによって、ノイズの増大やＭＲ比の低下といったＴＭＲ素子の特性の劣化が生じたりするという問題が発生する。ここで、再生ヘッドにおいて発生するノイズをヘッドノイズと言う。ＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドにおけるヘッドノイズには、ＧＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは発生しないノイズ成分であるショットノイズが含まれる。そのため、ＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、ヘッドノイズが大きいという問題がある。

この一方で、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、十分に大きなＭＲ比が得られないという問題点がある。その原因としては、非磁性導電層と磁性層との界面や、非磁性導電層中において、スピン偏極電子が散乱されるためと考えられる。

また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、抵抗値が小さいため、抵抗変化量も小さくなる。そのため、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いて大きな再生出力を得るためには、素子に印加する電圧を大きくする必要がある。しかし、素子に印加する電圧を大きくすると、以下のような問題が発生する。つまり、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、各層の面に対して垂直な方向に電流が流される。すると、フリー層から磁化固定層へ、あるいは磁化固定層からフリー層へスピン偏極電子が注入される。このスピン偏極電子は、フリー層、または磁化固定層において、それらの磁化を回転させるトルク（以下、スピントルク）を発生させる。このスピントルクの大きさは電流密度に比例する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に印加する電圧を大きくすると、電流密度が増加し、その結果、スピントルクが大きくなる。スピントルクが大きくなると磁化固定層の磁化の方向が変化してしまうという問題が発生する。

このような問題点を解決するために、本願出願人は、すでに、特願２００６−２７５９７２として、ノイズを抑制し、かつスピントルクの影響を抑制しながら大きなＭＲ比を得ることができるようにしたＣＰＰ−ＧＭＲ素子の発明の提案を行なっている。

すなわち、フリー層と磁化固定層との間に介在されるスペーサー層の構造を、好適な態様として、例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕとなるように構成しつつ、磁気抵抗効果素子の面積抵抗（ＡＲ：Area Resistivity）およびスペーサー層の導電率を所定の範囲内となるように規定している。

この提案によれば、上述のごとくスペーサー層を、例えばＣｕ／ＺｎＯ／Ｃｕの三層構造とすることによって、ノイズを抑制し、かつスピントルクの影響を抑制しながら大きなＭＲ比が得られている。

特開２００３−８１０２号公報

本願発明は、特願２００６−２７５９７２をさらに改良した発明であり、その提案趣旨は以下の通りである。

すなわち、特願２００６−２７５９７２の提案において、素子の面積抵抗および導電率を規定された所定の範囲内に納めようとすると、スペーサー層の三層構造の中間層としてＺｎＯで代表される半導体層の厚さは、１．２〜２．０ｎｍ程度と極めて薄く設定しなければならない。この範囲での使用は厳格な製造および品質管理のもとに製造されておれば勿論問題ないが、ＺｎＯで代表される半導体層の厚さが薄いと、成膜時の膜厚バラツキ等によってピンホールが発生してしまい、いわゆる電流狭窄型のＣＰＰ−ＧＭＲに見られるようなエレクトロマイグレーションによる特性の信頼性の悪化を招いてしまう恐れがある。また、研磨加工時において、ＺｎＯの上下に存在するＣｕ層がショートしてしまう恐れがあり、ノイズの発生や、ＭＲ変化率の劣化と言う現象を招いてしまう恐れがある。また、酸素分圧等の成膜条件が、ＺｎＯ表面において結晶格子の乱れなどの影響を与えることがあるが、この影響は膜厚が薄いほど大きくなる。影響を受けた部分の体積分率が、膜厚が薄いほど大きくなるからである。

このようにスペーサー層の三層構造の中間層としてＺｎＯで代表される半導体層の厚さが薄いという設計仕様では、様々なトラブルを引き起こす可能性があるといえる。

そこで、スペーサー層の三層構造の中間層として使用される半導体層は、所望の低い素子面積抵抗化が保持できるとともに、できるだけ厚さを厚くすることのできる新たな仕様の提案が望まれている。新たな仕様が、ＭＲ特性に悪影響を及ぼすことなく、より高いＭＲ特性が得られるか、あるいはＭＲ特性が同じレベルの高い状態に維持できているということは勿論のことである。

なお、公知の先行技術として本願発明に最も関連があると思われる文献として、上記特許文献１として引用した特開２００３−８１０２号が挙げられる。この文献には、磁化方向が固着された磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁化自由層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、磁化固着層と磁化自由層との間に設けられ、伝導キャリア数が１０²²個／ｃｍ³以下の材料からなる抵抗調節層とを備えたＣＰＰ−ＧＭＲ素子が開示されている。この文献中には、抵抗調節層の材料の一つとして半導体が開示されているが、本願発明の構成に関する示唆は何らなされていない。

上述してきたような課題を解決するために、本発明は、スペーサー層と、前記スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、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）構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、前記スペーサー層は、非磁性金属材料から形成された第１および第２の非磁性金属層と、これらの第１および第２の非磁性金属層の間に介在された半導体酸化物層を有し、前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層は、その主成分が酸化亜鉛から構成され、当該主成分である酸化亜鉛に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物およびＴｉＯ₂の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも１種が含有されてなるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物およびＴｉＯ₂の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも１種が置換固溶されて構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に含有される三価の陽イオンを含む酸化物および四価の陽イオンを含む酸化物の含有量は、ＭＲ特性を劣化させることなく、半導体酸化物層の抵抗を下げて、半導体酸化物層の膜厚を増大させることができるような含有範囲とされる。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に含有されるＡｌ₂Ｏ₃の含有量は、０．１〜１５．０モル％であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に含有されるＧａ₂Ｏ₃の含有量は、０．１〜２０．０モル％であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に含有されるＢ₂Ｏ₃の含有量は、０．１〜１５．０モル％であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に含有されるＩｎ₂Ｏ₃の含有量は、０．１〜１５．０モル％であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記主成分である酸化亜鉛に含有されるＴｉＯ₂の含有量は、０．１〜２０．０モル％であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層の厚さは、２．０〜４．０ｎｍであるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１および第２の非磁性金属層は、それぞれ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの中から選ばれた少なくとも１種であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記第１および第２の非磁性金属層の厚さは、それぞれ、０．３〜２．０ｎｍであるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、磁気抵抗効果素子の面積抵抗が、０．１〜０．３Ω・μｍ²であるように構成される。

また、本発明の磁気抵抗効果素子の好ましい態様として、前記スペーサー層の導電率が１００〜１４５０（Ｓ／ｃｍ）であるように構成される。

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、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前記載の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すための一対の電極と、を有してなるように構成される。

本発明のヘッドジンバルアセンブリは、前記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、前記スライダを弾性的に支持するサスペンションと、を備えてなるように構成される。

本発明のハードディスク装置は、前記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、前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、を備えてなるように構成される。

本発明は、スペーサー層と、前記スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、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）構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）であって、前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、前記スペーサー層は、非磁性金属材料から形成された第１および第２の非磁性金属層と、これらの第１および第２の非磁性金属層の間に介在された半導体酸化物層を有し、前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層は、その主成分が酸化亜鉛から構成され、当該主成分である酸化亜鉛に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物、およびＴｉＯ₂の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも１種を含有させるように構成しているので、所望の低い素子面積抵抗化を保持しつつ、スペーサー層を構成する半導体酸化物層の厚さを厚くすることができ、高いＭＲ特性が得られるとともに、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという極めて優れた効果が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における再生ヘッドのＡＢＳ（Air Bearing Surface）であって、特に本発明の要部であるＣＰＰ構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）のＡＢＳを模式的に示した図面である。ＡＢＳとは、再生ヘッドが記録媒体と対向する面（以下、媒体対向面ともいう）に相当するのであるが、本発明でいうＡＢＳは素子の積層構造が明瞭に観察できる位置での断面までを含む趣旨であり、例えば、厳密な意味での媒体対向面に位置しているＤＬＣ等の保護層（素子を覆う保護層）は必要に応じて省略して考えることができる。

図２は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示した図面である。

図３は、本発明の好適な一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの構成を説明するための図面であり、特に、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示した図面である。

図４は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。図５は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。図６は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。図７は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。

〔ＣＰＰ構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）〕
図１を参照して、本発明のＣＰＰ構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）を有する再生ヘッドの構成について、詳細に説明する。

図１は、上述したように、再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面に相当する断面図である。

本実施の形態における再生ヘッドは、図１に示されるように所定の間隔を開けて図面の上下に対向配置された第１のシールド層３および第２のシールド層８と、これら第１のシールド層３と第２のシールド層８との間に配置された巨大磁気抵抗効果素子５（以下、単に「ＧＭＲ素子５」と称す）と、ＧＭＲ素子５の２つの側部およびこの側部に沿って第１のシールド層３の上面の一部を覆う絶縁膜４と、絶縁膜４を介してＧＭＲ素子５の２つの側部に隣接する２つのバイアス磁界印加層６とを有している。

本実施の形態における第１のシールド層３と第２のシールド層８は、いわゆる磁気シールドの役目と、一対の電極として役目を兼ね備えている。つまり、磁気シールド機能に加え、センス電流をＧＭＲ素子に対して、ＧＭＲ素子５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（積層方向）に流すための一対の電極としての機能をも有している。

なお、第１のシールド層３と第２のシールド層８とは別に、新たに、ＧＭＲ素子の上下に一対の電極を形成するようにしてもよい。

本発明における再生ヘッドは、本発明の要部であるＣＰＰ構造のＧＭＲ素子５を有している。

本発明におけるＣＰＰ構造のＧＭＲ素子５は、その構造を大きな概念でわかやすく区分して説明すると、図１に示されるごとく、スペーサー層４０と、このスペーサー層４０を挟むようにして積層形成される磁化固定層３０およびフリー層５０を有している。そして、ＧＭＲ素子５の積層方向にセンス電流が印加されて、その素子機能を発揮するようになっている。つまり、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）構造のＧＭＲ素子５である。

フリー層５０は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、磁化固定層３０は、反強磁性層２２の作用によって磁化の方向が固定された層である。図１には、反強磁性層２２をボトム側（第１のシールド層３側）に形成した実施の形態が示されているが、反強磁性層２２をトップ側（第２のシールド層８側）に形成して、フリー層５０と磁化固定層３０の位置を入れ替えた実施の形態とすることもできる。

（磁化固定層３０の説明）
本発明における磁化固定層３０は、第１のシールド層３の上に形成された下地層２１を介して形成されたピンニング作用を果たす反強磁性層２２の上に形成されている。

好適な態様として磁化固定層３０は、反強磁性層２２側から、アウター層３１、非磁性中間層３２、およびインナー層３３が順次積層された構成、すなわち、いわゆるシンセティックピンド層を構成している。

アウター層３１およびインナー層３３は、例えば、ＣｏやＦｅを含む強磁性材料からなる強磁性層を有して構成される。アウター層３１とインナー層３３は、反強磁性的に結合し、互いの磁化の方向が逆方向となるように固定されている。

アウター層３１およびインナー層３３は、例えば、Ｃｏ₇₀Ｆｅ₃₀（原子％）の合金層とすることが好ましい。アウター層の厚さは、３〜７ｎｍ程度、インナー層３３の厚さは３〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。また、インナー層３３には、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。

非磁性中間層３２は、例えば、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｃｕのグループから選ばれた少なくとも１種を含む非磁性材料から構成される。非磁性中間層３２の厚さは、例えば０．３５〜１．０ｎｍ程度とされる。非磁性中間層３２はインナー層３３の磁化と、アウター層３１の磁化とを互いに逆方向に固定するために設けられている。「磁化が互いに逆方向」というのは、これらの２つの磁化が互いに１８０°異なる場合のみに狭く限定解釈されることなく、１８０°±２０°異なる場合をも含む広い概念である。

（フリー層５０の説明）
フリー層５０は、外部磁界、すなわち記録媒体からの信号磁界に応じて磁化の方向が変化する層であり、保磁力が小さい強磁性層（軟磁性層）により構成されている。フリー層５０の厚さは、例えば２〜１０ｎｍ程度とされる。単層のみで構成することもできるが、積層された複数の強磁性層を含んだ多層膜としてもよい。また、フリー層５０には、ホイスラー合金層を含んでいてもよい。

このようなフリー層５０の上には、図１に示されるごとく、例えばＴａやＲｕ層からなる保護層２６が形成される。その厚さは、０．５〜２０ｎｍ程度とされる。

（スペーサー層４０の説明）
本発明におけるスペーサー層４０は、第１の非磁性金属層４１および第２の非磁性金属層４３と、これらの第１および第２の非磁性金属層４１，４３の間に介在された半導体酸化物層４２を有し構成される。

より具体的には、第１の非磁性金属層４１／半導体酸化物層４２／第２の非磁性金属層４３を順次積層させた３層積層体から構成されている。本実施の形態では、図１に示されるように第１の非磁性金属層４１が磁化固定層３０側に位置しており、第２の非磁性金属層４３がフリー層５０側に位置している。以下、構成要素ごとに詳細に説明する。

半導体酸化物層４２
スペーサー層４０を構成する半導体酸化物層４２は、その主成分が酸化亜鉛（ＺｎＯ）から構成されており、この主成分である酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物（「Ｍｅ2Ｏ3」と総称して表示することもある）、およびＴｉＯ₂の四価の陽イオンを含む酸化物（「ＭｅＯ2」と総称して表示することもある）の中から選ばれた少なくとも１種が含有されている。含有形態は、通常、酸化亜鉛（ＺｎＯ）中に三価の陽イオンを含む酸化物や四価の陽イオンを含む酸化物が置換固溶された形態となっている。

三価の陽イオンを含む酸化物、あるいは四価の陽イオンを含む酸化物を含有させる方法としては、例えば、ＺｎＯのターゲットに三価の陽イオンを含む酸化物、あるいは四価の陽イオンを含む酸化物を貼り付けて所定の複合ターゲットを作製した後に、スパッタ成膜するようにすればよい。また、ＺｎＯとＭｅ単体を同時スパッタした後に、酸化処理して形成することも可能である。また、極めて薄い膜からなるＭｅ膜をＺｎＯの内部や界面に挿入した後に、酸化処理して形成することも可能である。また、ＺｎＯに所定の添加すべき酸化物を混合させた後に、焼成したターゲットを用いて、通常のスパッタ成膜をするようにしてもよい。

このような薄膜は、通常、成膜後（２００〜３５０℃、１〜１０時間の熱処理が行なわれる。ＺｎＯ−Ｍｅ2Ｏ3層やＺｎＯ−ＭｅＯ2層を結晶化させて、膜の低抵抗化を図るためである。成膜後とは、半導体酸化物層の成膜後の意味と、素子全体の成膜後の意味の両方を含む。通常は、素子全体の成膜後に熱処理が行なわれる。

二価ではなくて、三価の陽イオンを含む酸化物、四価の陽イオンを含む酸化物を含有させる理由は以下の通りである。

例えば、Ｍｅ2Ｏ3がＺｎＯの中へ溶け出す際、Ｚｎ²⁺位置にＭｅ³⁺が存在することにより正の電荷領域が生まれる。電気的中性を保つために自由電子を残しＯ₂が離脱し、結果としてさらにキャリア濃度が増加し抵抗率が減少する。つまり、Ｚｎよりも高い価数の陽イオンを加えるからこそ新たなキャリアが放出されるのである。

主成分である酸化亜鉛（ＺｎＯ）に対して置換固溶される三価の陽イオンを含む酸化物や、四価の陽イオンを含む酸化物の含有量は、ＭＲ特性を劣化させることなく、半導体酸化物層４２の抵抗を下げて、半導体酸化物層４２の膜厚を増大させることができるような含有量の範囲とされる。

より具体的には、
（１）Ａｌ₂Ｏ₃を含有させる場合には、その含有量は、０．１〜１５．０モル％、好ましくは０．３〜１５．０モル％とされる。この含有量が０．１モル％未満となると、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという本発明の効果が十分に発現できなくなってしまう。この一方で、含有量が１５．０モル％を超えると、高いＭＲ特性を維持することが困難となるという不都合が生じてしまう。

（２）Ｇａ₂Ｏ₃を含有させる場合には、その含有量は、０．１〜２０．０モル％、好ましくは０．３〜２０．０モル％とされる。この含有量が０．１モル％未満となると、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという本発明の効果が十分に発現できなくなってしまう。この一方で、含有量が２０．０モル％を超えると、高いＭＲ特性を維持することが困難となるという不都合が生じてしまう。

（３）Ｂ₂Ｏ₃を含有させる場合には、その含有量は、０．１〜１５．０モル％、好ましくは０．３〜１５．０モル％とされる。この含有量が０．１モル％未満となると、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという本発明の効果が十分に発現できなくなってしまう。この一方で、含有量が１５．０モル％を超えると、高いＭＲ特性を維持することが困難となるという不都合が生じてしまう。

（４）Ｉｎ₂Ｏ₃を含有させる場合には、その含有量は、０．１〜１５．０モル％、好ましくは０．３〜１５．０モル％とされる。この含有量が０．１モル％未満となると、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという本発明の効果が十分に発現できなくなってしまう。この一方で、含有量が１５．０モル％を超えると、高いＭＲ特性を維持することが困難となるという不都合が生じてしまう。

（５）ＴｉＯ₂を含有させる場合には、その含有量は、０．１〜２０．０モル％、好ましくは０．３〜２０．０モル％とされる。この含有量が０．１モル％未満となると、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという本発明の効果が十分に発現できなくなってしまう。この一方で、含有量が２０．０モル％を超えると、高いＭＲ特性を維持することが困難となるという不都合が生じてしまう。

Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂を含む酸化物を２種以上用いる場合には、上記の基本原則に則り、ＭＲ特性を劣化させることなく、半導体酸化物層４２の抵抗を下げて、半導体酸化物層４２の膜厚を増大させることができるような含有量の範囲とすればよい。

このような半導体酸化物層４２の厚さは、２．０〜４．０ｎｍ、好ましくは２．２〜４．０ｎｍ、さらに好ましくは２．５〜４．０ｎｍの範囲で使用されるのがよい。この値が２．０ｎｍ未満となると、素子の面積抵抗ＡＲをはじめとする素子特性のバラツキが大きくなるという不都合が生じやすくなるという傾向が生じる。一方、この厚さが４．０ｎｍを超えるとスピンの散乱によりＭＲ特性が劣化するという不都合が生じやすくなるという傾向が生じる。また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子として求められている抵抗領域を逸脱してしまうという不都合も生じる。

第１の非磁性金属層４１、第２の非磁性金属層４３
第１の非磁性金属層４１、第２の非磁性金属層４３に用いられる非磁性金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＡｕＣｕ、ＣｕＺｎ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｒｈから選択された１種を用いることができる。中でも、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇが好ましい。

第１の非磁性金属層４１、第２の非磁性金属層４３の厚さは、それぞれ、０．３〜２．０ｎｍ程度とされる。

このような構成からなるスペーサー層４０の導電率は、１００〜１４５０（Ｓ／ｃｍ）、好ましくは１６５〜６３０（Ｓ／ｃｍ）の範囲内とすることが望ましい。スペーサー層４０の導電率は、スペーサー層４０の抵抗率（Ω・ｃｍ）の逆数として定義される。スペーサー層４０は、第１の非磁性金属層４１／半導体酸化物層４２／第２の非磁性金属層４３を順次積層させた３層積層体から構成される。

（反強磁性層２２の説明）
反強磁性層２２は、上述したように磁化固定層３０との交換結合により、磁化固定層３０の磁化の方向を固定するように作用している。

反強磁性層２２は、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，ＣｒおよびＦｅのグループの中から選ばれた少なくとも１種からなる元素Ｍ´と、Ｍｎとを含む反強磁性材料から構成される。Ｍｎの含有量は３５〜９５原子％とすることが好ましい。反強磁性材料の中には、（１）熱処理しなくても反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、（２）熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。本発明においては（１）、（２）のいずれのタイプを用いても良い。非熱処理系反強磁性材料としては、ＲｕＲｈＭｎ，ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等が例示できる。熱処理系反強磁性材料としては、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＰｔＲｈＭｎ等が例示できる。

反強磁性層２２の厚さは、５〜３０ｎｍ程度とされる。

なお、磁化固定層３０の磁化の方向を固定するための層として、上記反強磁性層に代えてＣｏＰｔ等の硬磁性材料からなる硬磁性層を設けるようにしてもよい。

また、反磁性層２２の下に形成されている下地層２１は、その上に形成される各層の結晶性や配向性を向上させるための層であり、特に、反強磁性層２２と磁化固定層３０との交換結合を良好にするために設けられる。このような下地層２１としては、例えばＴａ層とＮｉＣｒ層との積層体が用いられる。下地層２１の厚さは、例えば２〜６ｎｍ程度とされる。

本発明における磁気抵抗効果素子５（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５）の面積抵抗（ＡＲ：Area Resistivity）は、０．１〜０．３Ω・μｍ²の範囲、好ましくは、０．１２〜０．３Ω・μｍ²の範囲、より好ましくは、０．１４〜０．２８Ω・μｍ²の範囲である。０．１〜０．３Ω・μｍ²の範囲を外れると、ノイズを抑制し、かつスピントルクの影響を抑制しながら大きなＭＲ比を得ることが困難となってしまう。

面積抵抗の測定対象となる素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）は、図１に示されるごとく、下地層２１、反強磁性層２２、磁化固定層３０、スペーサー層４０、フリー層５０、および保護層２６の積層体である。

さらに、図１に示される絶縁層４を構成する材料としては、例えばアルミナが用いられる。バイアス磁界印加層６としては、例えば、硬磁性層（ハードマグネット）や、強磁性層と反強磁性層との積層体が用いられ、具体的には、ＣｏＰｔやＣｏＣｒＰｔを例示することができる。

上述してきた本発明の実施形態におけるＣＰＰ構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）は、スパッタ法等の真空成膜法を用いて形成することができる。また、必要に応じて、成膜後の熱処理が施される。

（薄膜磁気ヘッドの全体構成の説明）
次いで、上述してきた磁気抵抗効果素子を備えてなる薄膜磁気ヘッドの全体構成について説明する。前述したように図２および図３は本発明の好適な一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ための図面であり、図２は、薄膜磁気ヘッドのＡＢＳおよび基板に垂直な断面を示している。図３は、薄膜磁気ヘッドの磁極部分のＡＢＳに平行な断面を示している。

薄膜磁気ヘッドの全体構造は、その製造工程に沿って説明することによりその構造が容易に理解できると思われる。そのため、以下、製造工程を踏まえて薄膜磁気ヘッドの全体構造を説明する。

まず、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）等のセラミック材料よりなる基板１の上に、スパッタ法等によって、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等の絶縁材料からなる絶縁層２を形成する。厚さは、例えば０．５〜２０μｍ程度とする。

次に、この絶縁層２の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の下部シールド層３を形成する。厚さは、例えば０．１〜５μｍ程度とする。このような下部シールド層３に用いられる磁性材料としては、例えば、ＦｅＡｌＳｉ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＮｉ、ＦｅＮ、ＦｅＺｒＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＺｒＴａ等が挙げられる。下部シールド層３は、スパッタ法またはめっき法等によって形成される。

次に、下部シールド層３の上に、再生用のＣＰＰ−ＧＭＲ素子５を形成する。

次に、図面では示していないが、ＭＲ素子の２つの側部および第１のシールド層３の上面を覆うように絶縁膜を形成する。絶縁膜はアルミナ等の絶縁材料より形成される。

次に、絶縁膜を介してＭＲ素子５の２つの側部に隣接するように、２つのバイアス磁界印加層６を形成する。次に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５およびバイアス磁界印加層６の周囲に配置されるように絶縁膜７を形成する。絶縁膜７は、アルミナ等の絶縁材料によって形成される。

次に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５、バイアス磁界印加層６および絶縁層７の上に、磁性材料からなる再生ヘッド用の第２のシールド層８を形成する。第２のシールド層８は、例えば、めっき法やスパッタ法により形成される。

次に、上部シールド層８の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の絶縁材料からなる分離層１８を形成する。次に、この分離層１８の上に、例えば、めっき法やスパッタ法により、磁性材料からなる記録ヘッド用の下部磁極層１９を形成する。第２のシールド層８および下部磁極層１９に用いられる磁性材料としては、ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，ＦｅＮ等の軟磁性材料があげられる。なお、第２のシールド層８、分離層１８および下部磁極層１９の積層体の代わりに、下部電極層を兼ねた第２のシールド層を設けても良い。

次に、下部磁極層１９の上に、スパッタ法等によって、アルミナ等の非磁性材料からなる記録ギャップ層９が形成される。厚さは、５０〜３００ｎｍ程度とされる。

次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部において、記録ギャップ層９を部分的にエッチングしてコンタクトホール９ａを形成する。

次に、記録ギャップ層９の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第１層部分１０を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図２において、符号１０ａは、第１層部分１０のうち、後述する薄膜コイルの第２層部分１５に接続される接続部を示している。第１層部分１０は、コンタクトホール９ａの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第１層部分１０およびその周辺の記録ギャップ層９を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１１を所定のパターンに形成する。

次に、絶縁層１１の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１１の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、絶縁層１１のうちの後述する媒体対向面２０側の斜面部分から媒体対向面２０側にかけての領域において、記録ギャップ層９および絶縁層１１の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層１２のトラック幅規定層１２ａを形成する。上部磁極層１２は、このトラック幅規定層１２ａと、後述する連結部分層１２ｂおよびヨーク部分層１２ｃとで構成される。

トラック幅規定層１２ａは、記録ギャップ層９の上に形成され、上部磁極層１２の磁極部分となる先端部と、絶縁層１１の媒体対向面２０側の斜面部分の上に形成されヨーク部分層１２ｃに接続される接続部と、を有している。先端部の幅は記録トラック幅と等しくなっている。接続部の幅は、先端部の幅よりも大きくなっている。

トラック幅規定層１２ａを形成する際には、同時にコンタクトホール９ａの上に磁性材料からなる連結部分層１２ｂを形成するとともに、接続部１０ａの上に磁性材料からなる接続層１３を形成する。連結部分層１２ｂは、上部磁極層１２のうち、上部シールド層８に磁気的に連結される部分を構成する。

次に、磁極トリミングを行なう。すなわち、トラック幅規定層１２ａの周辺領域において、トラック幅規定層１２ａをマスクとして、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分における記録ギャップ層９側の少なくとも一部をエッチングする。これにより、図３に示されるごとく、上部磁極層１２の磁極部分、記録ギャップ層９および上部シールド層８の磁極部分の少なくとも一部の各幅が揃えられたトリム（Trim）構造が形成される。このトリム構造によれば、記録ギャップ層９の近傍における磁束の広がりによる実効的なトラック幅の増加を防止することができる。

次に、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料からなる絶縁層１４を、例えば３〜４μｍ厚さに形成する。

次に、この絶縁層１４を、例えば化学機械研摩によって、トラック幅規定層１２ａ、連結部分層１２ｂ、接続層１３の表面に至るまで研摩して平坦化する。

次に、平坦化された絶縁層１４の上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる薄膜コイルの第２層部分１５を、例えば２〜３μｍの厚さに形成する。なお、図２において、符号１５ａは、第２層部分１５のうち、接続層１３を介して薄膜コイルの第１層部分１０の接続部１０ａに接続される接続部を示している。第２層部分１５は、連結部分層１２ｂの周囲に巻回される。

次に、薄膜コイルの第２層部分１５およびその周辺の絶縁層１４を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機材料からなる絶縁層１６を所定のパターンに形成する。

次に、絶縁層１６の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層１６の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。

次に、トラック幅規定層１２ａ、絶縁層１４、１６および連結部分層１２ｂの上にパーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁性層１２のヨーク部分を構成するヨーク部分層１２ｃを形成する。ヨーク部分層１２ｃの媒体対向面２０側の端部は、媒体対向面２０から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層１２ｃは、連結部分層１２ｂを介して下部磁極層１９に接続されている。

次に、全体を覆うように、例えばアルミナからなるオーバーコート層１７を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行い、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜ヘッドの媒体対向面２０を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。

このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面２０と、前述した再生ヘッドと、記録ヘッド（誘導型磁気変換素子）とを備えている。

記録ヘッドは、媒体対向面２０側において互いに対向する磁極部分を含むとともに、互いに磁気的に連結された下部磁極層１９および上部磁極層１２と、この下部磁極層１９の磁極部分と上部磁極層１２の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層９と、少なくとも一部が下部磁極層１９および上部磁極層１２の間に、これらに対して絶縁された状態で配置された薄膜コイル１０、１５と、を有している。

このような薄膜磁気ヘッドでは、図２に示されるように、媒体対向面２０から、絶縁層１１の媒体対向面側の端部までの長さが、スロートハイト（図面上、符号ＴＨで示される）となる。なお、スロートハイトとは、媒体対向面２０から、２つの磁極層の間隔が開き始める位置までの長さ（高さ）をいう。

（薄膜磁気ヘッドの作用の説明）
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの作用について説明する。薄膜磁気ヘッドは、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。

再生ヘッドにおいて、バイアス磁界印加層６によるバイアス磁界の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向と直交している。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５において、信号磁界がない状態では、フリー層５０の磁化の方向は、バイアス磁界の方向に揃えられている。磁化固定層３０の磁化の方向は、媒体対向面２０に垂直な方向に固定されている。

ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５では、記録媒体からの信号磁界に応じてフリー層５０の磁化の方向が変化し、これにより、フリー層５０の磁化の方向と磁化固定層３０の磁化の方向との間の相対角度が変化し、その結果、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５の抵抗値が変化する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子５の抵抗値は、第１および第２のシールド層３，８によって、ＭＲ素子にセンス電流を流したときの２つの電極層３，８間の電位差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。

（ヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置についての説明）
以下、本実施の形態に係るヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。

まず、図４を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ２１０について説明する。ハード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であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ２１０は、主に図２における基板１およびオーバーコート１７からなる基体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、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、媒体対向面２０が形成されている。

ハードディスクが図４におけるｚ方向に回転すると、ハードディスクとスライダ２１０との間を通過する空気流によって、スライダ２１０に、図４におけるｙ方向の下方に揚力が生じる。スライダ２１０は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図４におけるｘ方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。

スライダ２１０の空気流出側の端部（図４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５を参照して、本実施の形態に係る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をハードディスク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５は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。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６および図７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ハードディスク装置について説明する。

図６はハードディスク装置の要部を示す説明図、図７はハード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、ハードディスク装置に組み込まれる。

ハードディスク装置は、スピンドルモータ２６１に取り付けられた複数枚のハードディスク２６２を有している。各ハードディスク２６２毎に、ハードディスク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、本発明における位置決め装置に対応しスライダ２１０を支持すると共にハードディスク２６２に対して位置決めする。

本実施の形態に係るハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ２１０をハードディスク２６２のトラック横断方向に移動させて、スライダ２１０をハードディスク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、ハードディスク２６２に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク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ジンバルアセンブリおよびハードディスク装置は、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。

また、実施の形態では、基本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、本発明の要部は磁気ヘッドに限らず、いわゆる磁界を検知するための薄膜磁界センサーとして応用することができる。

上述してきたＣＰＰ−ＧＭＲ素子の発明を、以下に示す具体的実施例によりさらに詳細に説明する。

〔実験例Ｉ〕
下記表１に示されるような積層構造からなる本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ素子サンプルおよび参考例となるＣＰＰ−ＧＭＲ素子サンプルを、それぞれスパッタ法にて成膜して準備した。なお、具体的なサンプルの作製に際しては、表１中のスペーサー層の一部を構成する半導体酸化物層の厚さ、および半導体酸化物層（主成分ＺｎＯ）中に含有させるＭｅ₂Ｏ₃やＭｅＯ₂の種類を変えて、表２に示されるような種々のサンプルを作製した。

なお、参考例は、表１中のスペーサー層の一部を構成する半導体酸化物層がＺｎＯからなり、Ｍｅ₂Ｏ₃、ＭｅＯ₂は含有されていない。

サンプル作製は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を構成する各層を順次成膜して積層体を形成した後に、２７０℃、３時間の熱処理を行なった。熱処理は主として半導体酸化物層を結晶化させて低抵抗化させるためである。なお、この熱処理は、２００〜３５０℃の範囲が好ましいことが実験的に確認されている。

スペーサー層の一部を構成する半導体酸化物層（（ＺｎＯ）、（ＺｎＯ＋Ｍｅ₂Ｏ₃）、（ＺｎＯ＋ＭｅＯ₂））の形成方法は以下のように行なった。

（ｉ）半導体酸化物層を参考例のごとくＺｎＯのみから構成する場合
ＺｎＯ層はＺｎ単体がスパッタにより形成できないことから、ＺｎＯのターゲットを用いてスパッタ成膜した。

素子を構成する各層を成膜した後に、２７０℃、３時間で熱処理を行い、ＺｎＯ層を結晶化させて低抵抗化させた。

このような素子の基本部分を構成する積層膜を柱状に加工し、側面を絶縁体で保護し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製した。

（ｉｉ）半導体酸化物層を（ＺｎＯ＋Ｍｅ₂Ｏ₃）として構成する場合
ＺｎＯターゲットにＭｅ₂Ｏ₃チップを貼り付けてスパッタ成膜した。表２に示される添加の状態では、成膜された膜中に、４モル％のＭｅ₂Ｏ₃が含有されるようにした。

素子を構成する各層を成膜した後に、２７０℃、３時間で熱処理を行い、（ＺｎＯ＋Ｍｅ₂Ｏ₃）層を結晶化させて低抵抗化させた。

このような素子の基本部分を構成する積層膜を柱状に加工し、側面を絶縁体で保護し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製した。

（iii）半導体酸化物層を（ＺｎＯ＋ＭｅＯ₂）として構成する場合
ＺｎＯターゲットにＭｅＯ₂チップを貼り付けてスパッタ成膜した。表２に示される添加の状態では、成膜された膜中に、４モル％のＭｅＯ₂が含有されるようにした。

素子を構成する各層を成膜した後に、２７０℃、３時間で熱処理を行い、（ＺｎＯ＋ＭｅＯ₂）層を結晶化させて低抵抗化させた。

このような素子の基本部分を構成する積層膜を柱状に加工し、側面を絶縁体で保護し、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を作製した。

上述の要領で作製した各ＣＰＰ−ＧＭＲ素子サンプルの上から見た形状は、幅０．０６μｍ（トラック幅方向の長さ）の、長さ０．１０μｍ（ＡＢＳに対して奥行き方向に垂直な方向（ＭＲハイト方向）の長さ）の長方形である。この形状は、実際に再生ヘッドに用いられるＧＭＲ素子の形状とほぼ同じである。また、実験結果は素子の形状によらず、傾向は実質的に同じであった。

これらの各ＣＰＰ−ＧＭＲ素子サンプルについて、（１）ＭＲ比、（２）素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）、（３）スペーサー層の導電率（Ｓ／ｃｍ）、および（４）ＡＲの標準偏差値σ（％）を規格化した「ＡＲσ規格値」を、それぞれ、下記の要領で求めて評価した。

（１）ＭＲ比
通常の直流４端子法でＭＲ比を測定した。ＭＲ比は、抵抗の変化量ΔＲを、抵抗値Ｒで割った値であり、ΔＲ／Ｒで表される。数値が小さいために％表示に換算した。
なお、ＭＲ比は、サンプル数１００個の素子での平均値として求めた。

（２）素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）
直流４端子法で測定した。

（３）スペーサー層の導電率（Ｓ／ｃｍ）
ＣＰＰ−ＧＭＲ素子サンプルの面積抵抗から、スペーサー層４０の面積抵抗以外の面積抵抗を引いて、スペーサー層４０の面積抵抗を求め、さらにこの値をスペーサ層４０の厚さで除算して、スペーサー層４０の抵抗率（Ω・ｃｍ）を求めた。スペーサー層の導電率（Ｓ／ｃｍ）は、スペーサー層４０の抵抗率（Ω・ｃｍ）の逆数として算出される。

（４）ＡＲの標準偏差値σ（％）を規格化した「ＡＲσ規格値」
まず最初に、各素子の面積抵抗ＡＲを測定し、面積抵抗ＡＲのバラツキ度を標準偏差値σ（％）として算出した。サンプル数１００個とした。表２中のサンプルＮｏ．３（参考例）の標準偏差値σ（％）を基準値として、この基準値に対する各サンプルのＡＲの標準偏差値σ（％）の比を「ＡＲσ規格値」として求めた。

「ＡＲσ規格値」の値が小さいほど面積抵抗ＡＲのバラツキ度は小さい。
結果を下記表２に示した。

表２に示される結果より、本発明の効果は明らかである。

すなわち、スペーサー層を構成する半導体酸化物層の主成分を酸化亜鉛から構成し、当該主成分である酸化亜鉛に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物、およびＴｉＯ₂の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた１種を、例えば４モル含有させることにより、所望の低い素子面積抵抗化を保持しつつ、スペーサー層を構成する半導体酸化物層の厚さを厚くすることが可能となり、高いＭＲ特性が得られるとともに、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が発現可能となることが分かる。

より具体的には、素子の面積抵抗ＡＲを例えば、０．１７Ω・μｍ²近傍を設計目標値として各データを比較するに、参考例のＡＲσ規格値＝１．００に対して、本願発明のＡＲσ規格値は、０．３〜０．６の範囲となり、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が発現可能となることが分かる。

〔実験例ＩＩ〕
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）は、上記の実験例Ｉの結果、ＭＲ比の良好な値が得られた０．１７Ω・μｍ²近傍となるように設定して実験を行なった。

結果を下記表３に示した。

表３に示される結果より、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が、０．１〜１５．０モル％の範囲（好ましくは、０．３〜１５．０モル％の範囲）で、高いＭＲ特性を維持したまま、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が得られていることがわかる。

〔実験例ＩＩＩ〕
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、Ｇａ₂Ｏ₃の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）は、上記の実験例Ｉの結果、ＭＲ比の良好な値が得られた０．１７Ω・μｍ²近傍となるように設定して実験を行なった。

結果を下記表４に示した。

表４に示される結果より、Ｇａ₂Ｏ₃の含有量が、０．１〜２０．０モル％の範囲（好ましくは、０．３〜２０．０モル％の範囲）で、高いＭＲ特性を維持したまま、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が得られていることがわかる。

〔実験例ＩＶ〕
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）は、上記の実験例Ｉの結果、ＭＲ比の良好な値が得られた０．１７Ω・μｍ²近傍となるように設定して実験を行なった。

結果を下記表５に示した。

表５に示される結果より、Ｂ₂Ｏ₃の含有量が、０．１〜１５．０モル％の範囲（好ましくは、０．３〜１５．０モル％の範囲）で、高いＭＲ特性を維持したまま、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が得られていることがわかる。

〔実験例Ｖ〕
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、Ｉｎ₂Ｏ₃の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）は、上記の実験例Ｉの結果、ＭＲ比の良好な値が得られた０．１７Ω・μｍ²近傍となるように設定して実験を行なった。

結果を下記表６に示した。

表６に示される結果より、ｌｎ₂Ｏ₃の含有量が、０．１〜１５．０モル％の範囲（好ましくは、０．３〜１５．０モル％の範囲）で、高いＭＲ特性を維持したまま、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が得られていることがわかる。

〔実験例ＶＩ〕
スペーサー層を構成する半導体酸化物層の構成について、主成分である酸化亜鉛に対して、ＴｉＯ₂の含有量が本発明の効果に及ぼす影響を調べる実験を行なった。なお、素子の面積抵抗ＡＲ（Ω・μｍ²）は、上記の実験例Ｉの結果、ＭＲ比の良好な値が得られた０．１７Ω・μｍ²近傍となるように設定して実験を行なった。

結果を下記表７に示した。

表７に示される結果より、ＴｉＯ₂の含有量が、０．１〜２０．０モル％の範囲（好ましくは、０．３〜２０．０モル％の範囲）で、高いＭＲ特性を維持したまま、素子面積抵抗のばらつきが抑えられ、膜特性の信頼性が格段と向上するという効果が得られていることがわかる。

〔実験例ＶＩＩ〕
スペーサー層の一部を構成する第１の非磁性金属層の厚さＴ₁₁、および第２の非磁性金属層の厚さＴ₂₂が、本発明の効果に及ぼす影響を調べるための実験を行なった。

下記表８および表９に示されるような積層構造からなるＣＰＰ−ＧＭＲ素子サンプルを、それぞれスパッタ法にて成膜して準備した。なお、具体的なサンプルの作製方法は上述した手法に準じておこなった。同一のサンプルＮｏ．において、第１の非磁性金属層の厚さＴ₁₁、および第２の非磁性金属層の厚さＴ₂₂は同じ厚さとした。

実験結果を下記表９に示した。

表９に示される結果より、第１および第２の非磁性金属層の厚さＴ₁₁、Ｔ₂₂が０．３ｎｍよりも小さくなると、ＭＲ比が低下する。これは第１および第２の非磁性金属層の厚さＴ₁₁、Ｔ₂₂が小さくなり過ぎると、第１および第２の非磁性金属層が連続的に成長せずに島状になり、その結果、第１および第２の非磁性金属層と半導体酸化物層との界面近傍が、金属と半導体が混在する状態となり、これによりスピン偏極電子の散乱が発生しやすくなるためと考えられる。また、第１および第２の非磁性金属層の厚さＴ₁₁、Ｔ₂₂が２．０ｎｍを超えて大きくなりすぎても、ＭＲ比が低下する。これは、第１および第２の非磁性金属層中でのスピン偏極電子の散乱が顕著に発生してしまうためであると考えられる。

このような現象は、第１および第２の非磁性金属層の材料がＣｕ以外の場合にも、当てはまる。また、第１および第２の非磁性金属層の厚さＴ₁₁、Ｔ₂₂は０．３〜２．０ｎｍの範囲であれば、互いに異なる厚さとしてもよい。第１および第２の非磁性金属層の好適な厚さＴ₁₁、Ｔ₂₂は、本発明の他の半導体酸化物層の場合にも当てはまる。

磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子を備えるハードディスク装置の産業に利用できる。

図１は、本発明の実施の形態における主として再生ヘッドの媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 図２は、本発明の好適な一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ための図面であり、薄膜磁気ヘッドの媒体対向面および基板に垂直な断面を示す断面図である。 図３は、本発明の好適な一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ための図面であり、薄膜磁気ヘッドの磁極部分の媒体対向面に平行な断面を示す断面図である。 図４は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。 図５は、本発明の一実施の形態におけるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。 図６は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の要部を示す説明図である。 図７は、本発明の一実施の形態におけるハードディスク装置の平面図である。

符号の説明

１…基板
２…絶縁層
３…第１のシールド層
４…絶縁膜
５…磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）
６…バイアス磁界印加層
７…絶縁層
８…第２のシールド層
９…記録ギャップ層
１０…薄膜コイルの第１層部分
１２…上部磁極層
１５…薄膜コイル第２層部分
１７…オーバーコート層
２０…媒体対向面（ＡＢＳ）
２１…下地層
２２…反強磁性層
３０…磁化固定層
３１…アウター層
３２…非磁性中間層
３３…インナー層
４０…スペーサー層
４１…第１の非磁性金属層
４２…半導体酸化物層
４３…第２の非磁性金属層
５０…フリー層

Claims (6)

1. スペーサー層と、
   前記スペーサー層を挟むようにして積層形成される磁化固定層およびフリー層を有し、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）構造の巨大磁気抵抗効果素子（ＣＰＰ−ＧＭＲ素子）であって、
   前記フリー層は、外部磁界に応じて磁化の方向が変化するように機能しており、
   前記スペーサー層は、非磁性金属材料から形成された第１および第２の非磁性金属層と、これらの第１および第２の非磁性金属層の間に介在された半導体酸化物層を有し、
   前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層は、その主成分が酸化亜鉛から構成され、当該主成分である酸化亜鉛に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物およびＴｉＯ₂の四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも１種が含有され、
   前記主成分である酸化亜鉛にＡｌ ₂ Ｏ ₃ が含有される場合、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ の含有量は、０．１〜１５．０モル％であり、
   前記主成分である酸化亜鉛にＧａ ₂ Ｏ ₃ が含有される場合、Ｇａ ₂ Ｏ ₃ の含有量は、０．１〜２０．０モル％であり、
   前記主成分である酸化亜鉛にＢ ₂ Ｏ ₃ が含有される場合、Ｂ ₂ Ｏ ₃ の含有量は、０．１〜１５．０モル％であり、
   前記主成分である酸化亜鉛にＩｎ ₂ Ｏ ₃ が含有される場合、Ｉｎ ₂ Ｏ ₃ の含有量は、０．１〜１５．０モル％であり、
   前記主成分である酸化亜鉛にＴｉＯ ₂ が含有される場合、ＴｉＯ ₂ の含有量は、０．１〜２０．０モル％であり、
   前記スペーサー層を構成する半導体酸化物層の厚さは、２．０〜４．０ｎｍであり、
   前記第１および第２の非磁性金属層は、それぞれ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇの中から選ばれた少なくとも１種であり、
   前記第１および第２の非磁性金属層の厚さは、それぞれ、０．３〜２．０ｎｍであり、 磁気抵抗効果素子の面積抵抗が、０．１〜０．３Ω・μｍ ² であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
2. 前記主成分である酸化亜鉛に、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃の三価の陽イオンを含む酸化物および四価の陽イオンを含む酸化物の中から選ばれた少なくとも１種が置換固溶される請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記スペーサー層の導電率が１００〜１４５０（Ｓ／ｃｍ）である請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 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ないし請求項３のいずれかに記載された磁気抵抗効果素子と、
   前記磁気抵抗効果素子の積層方向に電流を流すための一対の電極と、
   を有してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
5. 請求項４に記載された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サスペンションと、
   を備えてなることを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。
6. 請求項４に記載された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、
   前記スライダを支持するとともに前記記録媒体に対して位置決めする位置決め装置と、
   を備えてなることを特徴とするハードディスク装置。

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