(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示されＳｉが全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されている絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占める請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占める請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項４】
透過電子線回折像で観測したとき、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層には、原子配列に短範囲の規則性が生じている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項５】
基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項６】
前記鏡面反射層の厚さは、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記鏡面反射層の厚さは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である請求項６に記載の磁気検出素子。
【請求項８】
基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ａｌ−Ｓｉ薄膜を形成後、前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【請求項９】
基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ｓｉ−Ｎ薄膜を形成後、前記Ｓｉ−Ｎ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ａｌ−Ｓｉからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【請求項１１】
基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ｓｉ−Ｎからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記鏡面反射層を０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚さで形成する請求項８ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記鏡面反射層を０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚さで形成する請求項１２記載の磁気検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して磁界を検出する磁気検出素子に係り、特に、ギャップ長を短くしつつも、磁気抵抗変化率を高くでき、高記録密度化に対応することのできる磁気検出素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０００３】
図２５に示す磁気検出素子では、図示しない下部シールド層上に下部ギャップ層１０が積層され、下部ギャップ層１０上に下地層１１を介して反強磁性層１２、固定磁性層１３、非磁性導電層１４、フリー磁性層１５、鏡面反射層１６及び保護層１７が形成され、下地層１１から保護層１７までの積層体が多層膜１８として構成されている。
【０００４】
反強磁性層１２はＰｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金などの反強磁性材料により形成されている。
【０００５】
固定磁性層１３およびフリー磁性層１５は、Ｎｉ−Ｆｅ（ニッケル−鉄）合金で形成されており、非磁性導電層１４は、Ｃｕ（銅）などの電気抵抗の低い非磁性導電材料で形成されている。
【０００６】
そして多層膜１８の両側部の下部ギャップ層１０上及び固定磁性層１３、非磁性導電層１４、及びフリー磁性層１５の側面にかけて、Ｃｒなどで形成された緩衝膜及び配向膜となる金属膜１９が形成されており、この金属膜１９の形成によって、後述するハードバイアス層２０から発生するバイアス磁界を増大させることができる。
【０００７】
金属膜１９の上には、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されたハードバイアス層２０が形成されている。
【０００８】
ハードバイアス層２０は図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されており、ハードバイアス層２０からのＸ方向へのバイアス磁界により、フリー磁性層１５の磁化は図示Ｘ方向に揃えられている。
【０００９】
またハードバイアス層２０上には、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗなどで形成された電極層２１が形成されている。
【００１０】
さらに、多層膜１８及び電極層２１上に絶縁材料からなる上部ギャップ層２２が積層され、上部ギャップ層２１上に図示しない上部シールド層が形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図２５に示された磁気検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層１３の磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層１５の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層１３とフリー磁性層１５の磁化が直交関係にある。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層１５の磁化が変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層１３の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００１２】
図２５に示された磁気検出素子の多層膜１８には、鏡面反射層１６が形成されている。
【００１３】
鏡面反射層１６は、フリー磁性層１５よりも高い抵抗値を示すものであり、鏡面反射層１６とフリー磁性層１５の界面においてポテンシャル障壁を形成する。このようなポテンシャル障壁が存在すると、アップスピンの伝導電子を鏡面反射させて、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延すことができ、磁気検出素子の磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【００１４】
鏡面反射層１６は絶縁性の高い材料によって形成されることが好ましく、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等が考えられる。
【００１５】
しかしながら、鏡面反射層１６としてＡｌ２Ｏ３を使用した従来の磁気検出素子では、近年の高記録密度化に伴い、以下のような問題点が発生した。
【００１６】
（１）まず一つ目は絶縁性の問題である。鏡面反射層１６は、厚さが１から１０ｎｍと非常に薄く形成される。このように膜厚が非常に薄く形成された場合、アルミナで形成された鏡面反射層１６では、適切な強さの絶縁耐圧を得ることができず、磁気検出素子に大きな電流が流されたときに、鏡面反射層１６が破壊されやすい。
【００１７】
（２）二つ目は、耐現像液性の問題である。図２５の磁気検出素子を形成した後の工程で、電極層２１上に主電極層やインダクディブヘッドを形成する。前記主電極層やインダクディブヘッドを形成ときには、レジストパターン形成の工程を有するが、レジストパターン形成の際に使用される強アルカリなどの現像液にアルミナは溶けやすく、前記現像液にさらされたときの前記アルミナのエッチングレートは非常に早い。
【００１８】
特に、上記したように鏡面反射層の膜厚は非常に薄いため、耐現像液性が低いと鏡面反射層１６を確実に形成することが困難になる。
【００１９】
逆に、アルミナを用いて十分な絶縁耐圧と耐現像液性を有する鏡面反射層を形成するためには、鏡面反射層１６の膜厚を厚くする必要があり、磁気検出素子の狭ギャップ化を進める上で不利になる。
【００２０】
またアルミナは比較的良好であるが、非常に薄い膜厚で鏡面反射層１６を形成するためには、平滑性がよいことが必要である。
【００２１】
以上のようにアルミナで形成された鏡面反射層１６では、絶縁性、耐現像液性、平滑性、をすべて満足することはできなかった。
【００２２】
本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、鏡面反射層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜で形成することにより、前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性、及び平滑性を向上させた磁気検出素子及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示されＳｉが全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されている絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて、前記鏡面反射層を形成し、これによって前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性を向上させることが可能になる。
【００２５】
従って、前記鏡面反射層を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した前記鏡面反射層を形成することができる。
【００２６】
また、本発明における前記鏡面反射層は平滑性も良好なため、前記鏡面反射層を薄い膜厚で作ることも容易である。
【００２７】
さらに、本発明における前記鏡面反射層は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【００２８】
Ｓｉの添加により、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる前記鏡面反射層は、アルミナで形成された鏡面反射層に比べて絶縁耐圧が向上する。
【００２９】
例えばＡｌ３４．０Ｓｉ５０Ｏ６１．０では、絶縁耐圧が７．７ＭＶ／ｃｍであった。ちなみにアルミナの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００３０】
なお、Ｓｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料よりも絶縁耐圧が向上し、１３．０ＭＶ／ｃｍであった。
【００３１】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【００３２】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、ＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【００３３】
また平滑性も良好で、アルミナとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認された。
【００３４】
さらに放熱性に関しては、アルミナよりも良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【００３５】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上する。
【００３６】
原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【００３７】
後述する実験結果により、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中の、前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましいことが判明した。
【００３８】
また本発明では、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【００３９】
さらに本発明では、前記組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料中のＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ２が、前記絶縁性材料中の６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【００４０】
または本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層が形成されていることを特徴とするものである。
なお、鏡面反射層の厚さは、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲にあることである。
【００４１】
このように本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて前記鏡面反射層を形成することにより、前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることができる。その結果、前記鏡面反射層の膜厚を薄くしても充分な鏡面反射効果を得ることができる
。従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【００４２】
また、本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ａｌ−Ｓｉ薄膜を形成後、前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下とすることを特徴とするものである。
或は、本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ｓｉ−Ｎ薄膜を形成後、前記Ｓｉ−Ｎ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させることによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とするものである。
【００４３】
本発明では、前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜またはＳｉ−Ｎ薄膜を自然酸化或いはラジカル酸素ガス中で酸化させるので、適度な酸化速度で前記Ａｌ−Ｓｉ薄膜またはＳｉ−Ｎ薄膜を均一に酸化することが容易になる。
【００４４】
または、前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、Ａｌ−Ｓｉからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成し、このとき前記絶縁性材料中のＳｉの濃度を全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下としてもよい。
または、本発明は、基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を形成する磁気検出素子の製造方法において、
前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁性材料層に対する反対側のうちいずれか１箇所あるいは２箇所以上に、
Ｓｉ−Ｎからなるターゲットを用いて、スパッタ装置内にＯ２ガスを導入しつつスパッタ成膜することによって、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層を形成することを特徴とするものである。
【００４５】
上記した発明では、ターゲットをＡｌ−ＳｉまたはＳｉ−Ｎで形成できるので、Ｓｉ量をＡｌまたはＮとの混合比のみで設定できる。またスパッタ装置内にＯ２ガスを導入して反応性スパッタ法によって、所定の組成からなる、Ａｌ−Ｓｉ−ＯあるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を容易に形成することが可能である。
【００４７】
また、前記鏡面反射層を０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下の厚さで形成することが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚さで形成することである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【００４９】
図１に示す磁気検出素子は、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【００５０】
図１では、下地層３３、反強磁性層３４、第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９が積層された多層膜Ｔ１が形成されている。なお、多層膜Ｔ１の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【００５１】
多層膜Ｔ１の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【００５２】
下部ギャップ層３２の上面と下地層３３の側面、反強磁性層３４の側面、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２のフリー磁性層３７ａの側面に接してＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ５０Ｍｏ５０などによってバイアス下地層４０が形成されている。
【００５３】
バイアス下地層４０の上には、ハードバイアス層４１が形成されている。ハードバイアス層４１は例えば、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【００５４】
ハードバイアス層４１上には、Ｔａなどの非磁性材料で形成された中間層４２が形成され、この中間層４２の上に、Ｃｒ，Ａｕ，Ｔａ，Ｗ、などで形成された電極層４３が形成されている。
【００５５】
多層膜Ｔ１の表面、及び電極層４３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド（図示せず）が形成されている。上部シールド層は、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われる。
【００５６】
なお、多層膜Ｔ１中の反強磁性層３４が、点線（延出部）３４ａで示されるように図示Ｘ方向に延長され、この延出部３４ａの上面と固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２のフリー磁性層３７ａの側面に接してバイアス下地層４０が形成されてもよい。なお、このとき下地層３３も図示Ｘ方向に延長される。
【００５７】
反強磁性層３４の延出部３４ａが図示Ｘ方向に延長されて形成され、この上層にバイアス下地層４０及びハードバイアス層４１が積層されると、ハードバイアス層４１の膜厚の厚い部分が第２のフリー磁性層３７ａの側面に接し、第２のフリー磁性層３７ａに充分な大きさのバイアス磁界をかけることができるので好ましい。
【００５８】
下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、上部ギャップ層４４、上部シールド層、及び保護層はスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって形成される。
【００５９】
下部シールド層３１及び上部シールド層はＮｉＦｅなどの磁性材料を用いて形成される。なお、下部シールド層３１及び上部シールド層は磁化容易軸がトラック幅方向（図示Ｘ方向）を向いていることが好ましい。
【００６０】
下部ギャップ層３２、上部ギャップ層４４、及び上部シールド層を覆う保護層はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの非磁性無機材料を用いて形成される。
【００６１】
下地層３３はＴａなどを用いて形成される。
反強磁性層３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【００６２】
これらの合金は、成膜直後の状態では、不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）であるが、熱処理によってＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態する。
【００６３】
反強磁性層３４の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において８０〜３００Å、例えば２００Åである。
【００６４】
ここで、反強磁性層３４を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【００６５】
また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが４７〜５７ａｔ％の範囲であることがより好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。
【００６６】
これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、第１の固定磁性層３５ａとの間で大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層３４を得ることができる。特に、ＰｔＭｎ合金であれば、４８ｋＡ／ｍ以上、例えば６４ｋＡ／ｍを越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層３４を得ることができる。
【００６７】
第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。また、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃは同一の材料で形成されることが好ましい。
【００６８】
また、非磁性中間層３５ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００６９】
非磁性材料層３６は、固定磁性層３５とフリー磁性層３７との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００７０】
第２のフリー磁性層３７ａ及び第１のフリー磁性層３７ｃは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金またはＣｏにより形成されることが好ましい。
【００７１】
非磁性中間層３７ｂは、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００７２】
なお、図１では、第２のフリー磁性層３７ａが拡散防止層３７ａ１と強磁性層３７ａ２とから形成されている。拡散防止層３７ａ１は強磁性材料からなるもので例えばＣｏによって形成されるものであり、強磁性層３７ａ２と非磁性材料層３６の相互拡散を防止する。なお、拡散防止層３７ａ１が形成されず第２のフリー磁性層３７ａが強磁性層３７ａ２のみで構成されてもよい。
保護層３９はＴａなどを用いて形成される。
【００７３】
なお、電極層４３とハードバイアス層４１との間に、ＴａまたはＣｒからなる中間層４２が設けられると、熱拡散を防ぐことができ、ハードバイアス層４１の磁気特性の劣化を防止できる。
【００７４】
電極層４３としてＴａを用いる場合には、Ｃｒの中間層４２を設けることによってＣｒの上層に積層されるＴａの結晶構造を低抵抗の体心立方構造にしやすくなる。
【００７５】
また、電極層４３としてＣｒを用いる場合には、Ｔａの中間層４２を設けることにより、Ｃｒがエピタキシャルに成長して、抵抗値を低減できる。
【００７６】
図１に示された磁気検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であり、固定磁性層３５の磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層３７の磁化が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層３５とフリー磁性層３７の磁化が直交関係にある。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層３７の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層３５の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの漏れ磁界が検出される。
【００７７】
また、図１では、磁気的膜厚が異なる第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂを介して積層されたものが、一つの固定磁性層３５として機能する。第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃの磁気的膜厚は、それぞれの飽和磁束密度と膜厚との積の値である。
【００７８】
第１の固定磁性層３５ａは反強磁性層３４と接して形成され、磁場中アニールが施されることにより、第１の固定磁性層３５ａと反強磁性層３４との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、前記第１の固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【００７９】
このように、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になっていると、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【００８０】
なお、第１の固定磁性層３５ａの磁気モーメントと第２の固定磁性層３５ｃの磁気モーメントを足し合わせた合成磁気モーメントの方向が固定磁性層３５の磁化方向となる。
【００８１】
図１では、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃを同じ材料を用いて形成し、さらに、それぞれの膜厚を異ならせることにより、それぞれの磁気的膜厚を異ならせている。図１では、第２の固定磁性層３５ｃの膜厚を第１の固定磁性層３５ａの膜厚より厚くしている。
【００８２】
また、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃの固定磁化による反磁界（双極子磁界）を、第１の固定磁性層３５ａ及び第２の固定磁性層３５ｃの静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャンセルできる。これにより、固定磁性層３５の固定磁化による反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層３７の変動磁化への寄与を減少させることができる。
【００８３】
従って、フリー磁性層３７の変動磁化の方向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜磁気素子を得ることが可能になる。
【００８４】
ここで、アシンメトリーとは、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリーが小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程再生出力波形が対称性に優れていることになる。
【００８５】
前記アシンメトリーは、フリー磁性層３７の磁化の方向と固定磁性層３５の固定磁化の方向とが直交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上することになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れたものとなる。
【００８６】
また、固定磁性層の固定磁化による反磁界（双極子磁界）は、素子高さ方向において、その端部で大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリー磁性層３７内における単磁区化が妨げられる場合があるが、固定磁性層３５を上記の積層構造とすることにより双極子磁界をほぼ０とすることができ、これによってフリー磁性層３７内に磁壁ができて磁化の不均一が発生しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止することができる。
【００８７】
バイアス下地層４０を結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造であるＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ５０Ｍｏ５０などを用いて形成すると、ハードバイアス層４１の保磁力及び角形比が大きくなりバイアス磁界を大きくできる。
【００８８】
ハードバイアス層４１の多層膜Ｔ１と対向する側の側面４１ａは、反強磁性層３４の側面、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２のフリー磁性層３７ａの側面とのみ対向しており、第１のフリー磁性層３７ｃの側面とは対向していない。ハードバイアス層４１からのＸ方向へのバイアス磁界により、第２のフリー磁性層３７ａの磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【００８９】
フリー磁性層３７は、磁気的膜厚の大きさが異なる第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃが、非磁性中間層３７ｂを介して積層され、第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態である。第１のフリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚は、その飽和磁束密度と膜厚との積の値である。
【００９０】
なお、第２のフリー磁性層３７ａの磁気的膜厚は、拡散防止層３７ａ１の磁気的膜厚（飽和磁束密度×膜厚）と強磁性層３７ａ２の磁気的膜厚（飽和磁束密度×膜厚）の和である。
【００９１】
図１に示される磁気検出素子では、第２のフリー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第１のフリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚より大きくしている。
【００９２】
第２のフリー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第１のフリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚より大きくすることで、フリー磁性層３７のスピンフロップ磁界を大きくすることができ、これにより、フリー磁性層３７がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【００９３】
なお、スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対して外部磁界を印加したときに、２つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁界の大きさである。スピンフロップ磁界が大きいほど、外部磁界中においてもフェリ磁性状態を安定して維持できる。
【００９４】
このとき、磁気モーメントが大きい方、例えば、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が、ハードバイアス層４１から発生する磁界の方向に向き、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が、１８０度反対方向に向いた状態になる。
【００９５】
第２のフリー磁性層３７ａの磁気モーメントと第１のフリー磁性層３７ｃの磁気モーメントを足し合わせた合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層３７の磁化方向となる。
【００９６】
第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁性状態になると、フリー磁性層３７の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上する。
【００９７】
ハードバイアス層４１は、フリー磁性層３７を構成する第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃのうち、一方の磁化方向を揃えるだけでよい。図１では、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向のみをそろえている。第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が一定方向に揃えられると、第１のフリー磁性層３７ｃは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【００９８】
本実施の形態では、ハードバイアス層４１は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７ａに与える。従って、ハードバイアス層４０から発生する図示Ｘ方向の静磁界によって、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑えることができる。
【００９９】
ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接寄与するのは第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向の相対角であり、これらの相対角が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０１００】
本実施の形態では、第１のフリー磁性層３７ｃの上面に鏡面反射層３８が形成されている。すなわち、鏡面反射層３８は、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に対する反対側に形成されている。鏡面反射層３８は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１０１】
スピンバルブ型磁気検出素子が磁気を検出する原理を説明する。
スピンバルブ型磁気検出素子にセンス電流を印加すると、伝導電子はおもに電気抵抗の小さい非磁性材料層付近を移動する。この伝導電子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の電子が確率的に等量存在する。
【０１０２】
スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程の行程差に対して正の相関を示す。
【０１０３】
ダウンスピンの伝導電子については、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフリー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いままである。
【０１０４】
一方、アップスピンの伝導電子については、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなっている。
【０１０５】
これは、アップスピンを持つ電子の平均自由行程が、例えば、５．０ｎｍ程度であるのに対して、ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程が０．６ｎｍ程度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
【０１０６】
フリー磁性層の膜厚は、０．６ｎｍ程度であるダウンスピンを持つ電子の平均自由行程よりも大きく、５．０ｎｍ程度であるアップスピンを持つ電子の平均自由行程よりも小さく設定されている。
【０１０７】
従って、電子がフリー磁性層を通り抜けようとするときに、この電子がフリー磁性層の磁化方向に平行なアップスピンを持てば自由に移動できるが、反対にダウンスピンを持ったときには直ちに散乱されてしまう（フィルタアウトされる）。
【０１０８】
固定磁性層で発生し、非磁性材料層を通過するダウンスピン電子は、フリー磁性層と非磁性材料層との界面付近で散乱され、フリー磁性層にはほとんど到達しない。つまり、このダウンスピン電子は、フリー磁性層の磁化方向が回転しても平均自由行程に変化はなく、ＧＭＲ効果による抵抗変化率に影響しない。従ってＧＭＲ効果にはアップスピンの伝導電子の挙動のみを考えればよい。
【０１０９】
ここで、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行状態から変化すると、非磁性材料層とフリー磁性層との界面で散乱される確率が増加し、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなる。
【０１１０】
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が大きく変化する。すると、伝導電子全体の平均自由行程も大きく変化し、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなる。
【０１１１】
図１に示される本実施の形態の磁気検出素子では、第１のフリー磁性層３７ｃの上面に接して鏡面反射層３８が積層されている。第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層（絶縁材料層）３８との界面では、これらの層の比抵抗に大きな差があるためにポテンシャル障壁が形成される。
【０１１２】
このポテンシャル障壁は、センス電流を流した際に伝導電子を、そのスピンの方向を保存させたまま鏡面反射させる。
【０１１３】
鏡面反射効果について説明する。
鏡面反射層３８が存在すると、第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層（絶縁材料層）３８との界面において、フリー磁性層３７を通過したアップスピンの伝導電子がスピンの方向を保存したまま鏡面反射し、その平均自由行程が延びる。これにより、アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなり、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をさらに大きくできる。
以上のことを模式図を用いて表すと図２に示す通りになる。
【０１１４】
図２には、反強磁性層３４、固定磁性層３５（第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７（第２のフリー磁性層３７ａ（拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃ）、鏡面反射層３８を順次積層した積層体Ｇ１を示す。
【０１１５】
また、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０１１６】
ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第２のフリー磁性層３７ａとの界面で常に散乱され、フリー磁性層３７に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に比べて短いままである。
【０１１７】
一方、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６からフリー磁性層３７にまで到達する。そして、フリー磁性層３７内部を移動してフリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近に到達する。
【０１１８】
図２のように、鏡面反射層３８がある場合には、フリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近にポテンシャル障壁が形成されるため、アップスピンの伝導電子ｅ１がフリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。
【０１１９】
通常、伝導電子が散乱した場合には、その電子の持っているスピン状態（エネルギー、量子状態など）は変化する。しかし、鏡面散乱した場合には、このアップスピンの伝導電子ｅ１はスピン状態が保存されたまま反射される確率が高く、再びフリー磁性層３７中を移動することになる。つまり、鏡面反射よって、アップスピンｅ１の伝導電子のスピン状態が維持されるので、あたかも散乱されなかったように再びフリー磁性層３７中を移動することになる。
【０１２０】
これは、アップスピンの伝導電子ｅ１が鏡面反射した分、反射平均自由行程λ＋ｓだけ平均自由行程が延びたことを意味する。
【０１２１】
外部磁界が印加されて、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行でなくなる状態では、アップスピンの伝導電子ｅ１は第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向に平行なスピンを持った電子でなくなる。すると、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２のフリー磁性層３７ａと非磁性材料層３６との界面付近で散乱されることになり、アップスピンの伝導電子の有効平均自由行程が急激に減少する。すなわち、抵抗値が増大する。抵抗変化率は、アップスピンの伝導電子ｅ１の有効平均自由行程の変化量と正の相関関係を有する。
【０１２２】
鏡面反射層３８を有する本実施の形態では、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１２３】
本実施の形態では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁材料層を用いて、鏡面反射層３８を形成し、これによって鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０１２４】
従って、鏡面反射層３８を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層３８を形成することができる。
【０１２５】
また、鏡面反射層３８は平滑性も良好なため、鏡面反射層３８を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０１２６】
さらに、鏡面反射層３８は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０１２７】
Ｓｉの添加により、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料によって形成される鏡面反射層３８は、アルミナによって形成された場合と比べて絶縁耐圧が向上する。
【０１２８】
例えばＡｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０では、絶縁耐圧が７．７ＭＶ／ｃｍであった。ちなみにアルミナの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであった。
【０１２９】
なお、Ｓｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層３８は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料からなる鏡面反射層３８よりも絶縁耐圧が向上し、１３．０ＭＶ／ｃｍであった。
【０１３０】
また耐現像液性もアルミナに比べて向上する。アルミナのエッチングレートは５０Å／ｍｉｎ程度であったが、Ｓｉの添加により、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜のエッチングレートはそれよりも小さくなり、Ｓｉの添加量が９ａｔ％程度であると、エッチングレートはほぼ０Å／ｍｉｎに近い数値となった。
【０１３１】
上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の絶縁性、耐現像液性がアルミナよりも向上するのは、ＡｌとＯとで構成される絶縁材料にＳｉを添加することでＳｉとＯとの結合性によって絶縁性、耐現像液性が向上するものと考えられる。
【０１３２】
また平滑性も良好で、アルミナとほぼ同程度の平滑性を保つことが確認されたさらに放熱性に関しては、アルミナよりも良好で、今後の高記録密度化により電流密度が上昇しても素子温度を充分に抑制することが可能である。
【０１３３】
放熱性がアルミナよりも良くなるのは、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列に短範囲の規則性があるからではないかと考えられる。アルミナの膜構成は完全にアモルファス化している。一方、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、Ｓｉの添加量を増やすと、徐々に原子配列の短範囲に規則性が現れ、結晶性が向上しているものと推測される。原子配列に短範囲の規則性が生じているか否かは透過電子線回折像を見ることによって判別することが可能である。
【０１３４】
また、上記のようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層３８をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０１３５】
なお、前記Ｓｉの添加量は、全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲内であることが好ましい。
【０１３６】
また本実施の形態では、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁性材料中のＳｉを、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、換算した前記ＳｉＯ２が、前記膜中の１０ａｔ％以上で３８ａｔ％以下を占めることが好ましい。
【０１３７】
さらに本実施の形態では、前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる絶縁性材料中に含まれるＳｉは、Ｏとの化学量論でＳｉＯ２に換算したときに、前記換算した前記ＳｉＯ２が、前記膜中での６．１質量％以上で２６．０質量％以下を占めることが好ましい。
【０１３８】
なお、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成される鏡面反射層３８の厚さは、０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、鏡面反射層３８の厚さが０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲にあることである。
【０１３９】
この鏡面反射層３８の厚さが０．５ｎｍよりも薄い値に設定されると、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜にならず、鏡面反射の効果が充分得られなくなる。
【０１４０】
また、鏡面反射層３８の厚さが６ｎｍよりも厚くなると、シールド間隔が広くなって再生ギャップ長が大きくなり、磁気検出素子の分解能が低下するという問題が顕著になる。
【０１４１】
本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層３８を形成することにより、鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることができる。その結果、鏡面反射層３８の膜厚を上記のように薄くしても充分な鏡面反射効果を得ることができる。
【０１４２】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０１４３】
鏡面反射効果によるアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程差の拡大はフリー磁性層の膜厚が比較的薄い場合により効果を発揮する。
【０１４４】
本実施の形態では、フリー磁性層３７の膜厚が、１．５〜４．５ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。
【０１４５】
フリー磁性層３７の膜厚が１．５ｎｍより薄いと強磁性材料層として機能するように形成することが難しくなり充分な磁気抵抗効果を得ることができない。
【０１４６】
また、フリー磁性層３７の膜厚が４．５ｎｍより厚いと鏡面反射層３８に到達する前に散乱されてしまうアップスピンの伝導電子が増加して鏡面反射効果（ｓｐｅｃｕｌａｒ  ｅｆｆｅｃｔ）によって抵抗変化率が変化する割合が減少するため好ましくない。
【０１４７】
図３は、本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０１４８】
図３に示す磁気検出素子は、第２の実施の形態の磁気検出素子と同様に、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０１４９】
図３では、下地層３３、反強磁性層３４、第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、バックド層Ｂ１、鏡面反射層３８、保護層３９が積層された多層膜Ｔ２が形成されている。なお、多層膜Ｔ２の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【０１５０】
多層膜Ｔ２の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【０１５１】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギャップ層４４は、第１の実施の形態の磁気検出素子と同等の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない上部シールド層が形成されている。
【０１５２】
第２の実施の形態の磁気検出素子が第１の実施の形態の磁気検出素子と異なる点は、フリー磁性層３７と鏡面反射層３８の間にバックド層Ｂ１が形成されている点である。
【０１５３】
バックド層Ｂ１は、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側、即ち第１のフリー磁性層３７ｃに接して形成されている。バックド層Ｂ１は第１のフリー磁性層３７ｃよりも導電性が高いことが好ましく、具体的にはＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｕなどの非磁性導電性材料を用いて形成される。特にＣｕからなることが好ましい。
【０１５４】
バックド層Ｂ１の厚さは０．３ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。バックド層Ｂ１の厚さが０．３ｎｍより小さいと、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばす効果が小さくなるため、後述するスピンフィルター効果において磁気抵抗変化率を向上させる効果が低くなる。
【０１５５】
また、バックド層Ｂ１の厚さが２．５ｎｍを越えると、センス電流が非磁性材料層３６に加えてバックド層Ｂ１にも流れやすくなり、センス電流の分流が起きるので好ましくない。
【０１５６】
バックド層Ｂ１が第１のフリー磁性層３７ｃに接して積層されることにより、本成施の形態の磁気検出素子は、いわゆるスピンフィルター効果を示し、磁気抵抗変化率が大きくなる。
【０１５７】
スピンスピンフィルター効果を図４に示した模式図を参照して説明する。
図４には、反強磁性層３４、固定磁性層３５（第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７（第２のフリー磁性層３７ａ（拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃ）、バックド層Ｂ１、鏡面反射層３８を順次積層した積層体Ｇ２を示す。
【０１５８】
また、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０１５９】
ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第２のフリー磁性層３７ａとの界面で常に散乱され、フリー磁性層３７に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に比べて短いままである。
【０１６０】
一方、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６からフリー磁性層３７にまで到達する。そして、フリー磁性層３７内部を移動してフリー磁性層３７と鏡面反射層３８との界面付近に到達する。
【０１６１】
図４に示すように、バックド層Ｂ１が設けられている場合には、フリー磁性層３７を通過したアップスピンの伝導電子ｅ１はバックド層Ｂ１において、このバックド層Ｂ１の材料で決定される追加平均自由行程λ＋ｂを移動する。すなわち、バックド層Ｂ１を設けたことにより、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程λ＋が追加平均自由行程λ＋ｂ分だけ延びる。
【０１６２】
バックド層Ｂ１を有する本実施の形態では、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１６３】
図３に示された第２の実施の形態の磁気検出素子でも、鏡面反射層３８を有するので、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１６４】
本実施の形態でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、鏡面反射層３８を形成し、これによって鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０１６５】
従って、鏡面反射層３８を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層３８を形成することができる。
【０１６６】
また、鏡面反射層３８は平滑性も良好なため、鏡面反射層３８を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０１６７】
さらに、鏡面反射層３８は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０１６８】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層３８は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層３８をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０１６９】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０１７０】
図１及び図３に示された磁気検出素子では、多層膜Ｔ１及びＴ２の最上層が酸化防止用の保護層３９となっているが、本発明では図５に示される本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子のように、多層膜Ｔ３の最上層に保護層３９が形成されなくともよい。このとき、鏡面反射層３８は、機能的に上部ギャップ層４４の一部となる。
【０１７１】
これは、本発明では、鏡面反射層３８を組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される酸化物である絶縁性材料を用いて形成するので、鏡面反射層３８の上層に酸化防止のための層を積層する必要がないためである。
【０１７２】
従って、図１及び図３に示される磁気検出素子に存在している保護層３９の分だけ磁気検出素子のギャップ長をより短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０１７３】
なお、上部ギャップ層４４を鏡面反射層３８と同じく組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成してもよい。
【０１７４】
図１、図３及び図５に示された本発明の実施の形態の磁気検出素子は、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側、すなわち第１のフリー磁性層３７ｃの上層に鏡面反射層３８が積層されていた。
【０１７５】
本発明では、鏡面反射層３８がフリー磁性層３７又は固定磁性層３５内に形成されてもよい。
【０１７６】
図６から図１０に、鏡面反射層がフリー磁性層３７又は固定磁性層３５内に形成された本発明の第４から第８の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図を示す。
【０１７７】
図６に示された磁気検出素子は、第２のフリー磁性層３７ａの強磁性層３７ａ２内に鏡面反射層Ｓ１が形成されたものである。
【０１７８】
鏡面反射層Ｓ１は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１７９】
鏡面反射層Ｓ１の上面に接する強磁性層３７ａ２と鏡面反射層Ｓ１の下面に接する強磁性層３７ａ２は、鏡面反射層Ｓ１を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。従って、第２のフリー磁性層３７を構成する拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２は、その磁化方向がどちらも図示Ｘ方向を向いている。
【０１８０】
第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が図示Ｘ方向を向くと、第１のフリー磁性層３７ｃは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０１８１】
このように、本実施の形態でもフリー磁性層３７はシンセティックフェリフリー状態になり、フリー磁性層３７の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上する。
【０１８２】
図７に示された磁気検出素子は、第１のフリー磁性層３７ｃ内に鏡面反射層Ｓ２が形成されたものである。
【０１８３】
鏡面反射層Ｓ２は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１８４】
鏡面反射層Ｓ２の上面に接する第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層Ｓ２の下面に接する第２のフリー磁性層３７ａは、鏡面反射層Ｓ２を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１８５】
ここで、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が図示Ｘ方向を向くと、第１のフリー磁性層３７ｃはフェロ磁性状態を維持しつつ、磁化方向が図示Ｘ方向に対して反平行となる。すなわち、第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃはフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０１８６】
このように、本実施の形態でもフリー磁性層３７はシンセティックフェリフリー状態になり、フリー磁性層３７の膜厚を薄くすることと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素子の磁界検出感度が向上する。
【０１８７】
図８に示された磁気検出素子は、固定磁性層３５の非磁性中間層３５ｂ及びフリー磁性層３７の非磁性中間層３７ｂの代わりに、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成された鏡面反射層Ｓ３及びＳ４が形成されたものである。
【０１８８】
鏡面反射層Ｓ３の上面に接する第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層Ｓ３の下面に接する第２のフリー磁性層３７ａは、鏡面反射層Ｓ３を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１８９】
また、鏡面反射層Ｓ４の上面に接する第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ４の下面に接する第１の固定磁性層３５ａは、鏡面反射層Ｓ４を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１９０】
従って、固定磁性層３５とフリー磁性層３７は単層磁性層と同じ振る舞いをする。
【０１９１】
なお、非磁性中間層３５ｂと非磁性中間層３７ｂのうち、どちらか一方のみが組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成された鏡面反射層とされてもよい。
【０１９２】
図９に示された磁気検出素子は、第２の固定磁性層３５ｃ内に鏡面反射層Ｓ５が形成されたものである。
【０１９３】
鏡面反射層Ｓ５は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０１９４】
鏡面反射層Ｓ５の上面に接する第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５の下面に接する第２の固定磁性層３５ｃは、鏡面反射層Ｓ５を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０１９５】
第１の固定磁性層３５ａと反強磁性層３４との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じており、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向は図示Ｙ方向に固定されている。第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２の固定磁性層３５ｃはフェロ磁性状態を維持しながらその磁化方向が、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０１９６】
このように、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になっていると、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【０１９７】
図９に示された実施の形態の磁気検出素子は、固定磁性層３５内に鏡面反射層Ｓ５を有するので、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１９８】
図１１に、鏡面反射層Ｓ５による鏡面反射効果を説明するための模式図を示す。
【０１９９】
図１１には、反強磁性層３４、固定磁性層３５（第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃ、鏡面反射層Ｓ５、第２の固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７（第２のフリー磁性層３７ａ（拡散防止層３７ａ１、強磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃ）、を順次積層した積層体Ｇ３を示す。
【０２００】
図１１では、フリー磁性層３７側から固定磁性層３５に向って移動する電子の磁気抵抗効果に対する寄与を考える。ここで、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０２０１】
ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第２の固定磁性層３５ｃとの界面で常に散乱され、固定磁性層３５に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に比べて短いままである。
【０２０２】
一方、アップスピンの伝導電子ｅ１は、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６から第２の固定磁性層３５ｃ内にまで到達する。そして、第２の固定磁性層３５ｃ内部を移動して第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５との界面付近に到達する。
【０２０３】
第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５との界面付近には、ポテンシャル障壁が形成されるため、アップスピンの伝導電子ｅ１が第２の固定磁性層３５ｃと鏡面反射層Ｓ５との界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。鏡面反射よって、アップスピンの伝導電子ｅ１のスピン状態が維持されるので、再び第２の固定磁性層３５ｃ中を移動することになる。
【０２０４】
これは、アップスピンの伝導電子ｅ１が鏡面反射した分、反射平均自由行程λ＋ｓだけ平均自由行程が延びたことを意味する。
【０２０５】
鏡面反射層Ｓ５を有する本実施の形態では、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０２０６】
図１０に示された磁気検出素子は、第１の固定磁性層３５ａ内に鏡面反射層Ｓ６が形成されたものである。
【０２０７】
鏡面反射層Ｓ６は、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成されている。
【０２０８】
鏡面反射層Ｓ６の上面に接する第１の固定磁性層３５ａと鏡面反射層Ｓ６の下面に接する第１の固定磁性層３５ａは、鏡面反射層Ｓ６を介して強磁性的に結合してフェロ磁性状態とされている。
【０２０９】
この磁気検出素子でも、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向は、フェロ磁性状態を維持しつつ、図示Ｙ方向に固定されている。第１の固定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、第１の固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で固定される。
【０２１０】
本実施の形態でも、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になり、第１の固定磁性層３５ａと第２の固定磁性層３５ｃとが互いに他方の磁化方向を固定しあうので、全体として固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【０２１１】
図６から図１０に示された実施の形態の磁気検出素子は、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６のいずれかを有するので、第２の固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印加によるアップスピンの伝導電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０２１２】
図６ないし図１０に示された第４ないし第８の実施の形態の磁気検出素子でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６のいずれかを形成し、これによって鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０２１３】
従って、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を形成することができる。
【０２１４】
また、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は平滑性も良好なため、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０２１５】
さらに、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０２１６】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０２１７】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２１８】
また、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６を薄い膜厚で形成できると、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６がフリー磁性層３７又は固定磁性層３５内に形成される場合に、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６の上下に積層される磁性層間の強磁性的な結合が弱くなることを抑えることができる。
【０２１９】
また、図１、図３、及び図５に示された磁気検出素子の鏡面反射層３８の積層位置と比べて、鏡面反射層Ｓ１ないしＳ６は非磁性材料層３６に近い位置に積層されているので、アップスピンの伝導電子を非磁性材料層３６近傍に閉じ込めることができ、センス電流の分流が抑制されてシャントロスを低減できる。
【０２２０】
なお、図６ないし図１０に示された磁気検出素子でも、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギャップ層４４は、第１の実施の形態の磁気検出素子と同等の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない上部シールド層が形成されている。なお、多層膜Ｔ４ないしＴ８の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【０２２１】
また、図１、図３、図５、図６、図７、図８に示されるような、フリー磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側やフリー磁性層３７内に形成される鏡面反射層３８、Ｓ１、Ｓ２またはＳ３のうちいずれか一つと、図８、図９、図１０に示されるような固定磁性層３５内に形成される鏡面反射層Ｓ４、Ｓ５、またはＳ６のうちいずれか一つとを組合せて一つの磁気検出素子に組み入れてもよい。
【０２２２】
図１２は、本発明の第９の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０２２３】
図１２に示す磁気検出素子は、第２の実施の形態の磁気検出素子と同様に、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０２２４】
図１２では、下地層３３、反強磁性層３４、第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、バックド層Ｂ２、鏡面反射層Ｓ７が積層された多層膜Ｔ９が形成されている。
【０２２５】
多層膜Ｔ９の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【０２２６】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７及び上部ギャップ層４４は、第２の実施の形態の磁気検出素子と同等の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない上部シールド層が形成されている。
【０２２７】
図１２に示される本実施の形態の磁気検出素子は、第１のフリー磁性層３７ｃ上に、第２の反強磁性層５０が積層され、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化が、第２の反強磁性層５０との間の交換異方性磁界によってＸ方向に揃えられる、いわゆるエクスチェンジバイアス方式の磁気検出素子である。
【０２２８】
第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が図示Ｘ方向を向くと、第２のフリー磁性層３７ａは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０２２９】
このように、本実施の形態でもフリー磁性層３７はシンセティックフェリフリー状態になっている。
【０２３０】
また、固定磁性層３５全体の磁化方向は、反強磁性層３４との間の交換異方性磁界によって図示Ｙ方向にそろえられている。
【０２３１】
第２の反強磁性層５０，５０は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素である）合金で、あるいはＰｔ―Ｍｎ―Ｘ′（ただしＸ′は、Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ａｕ，Ａｇ，Ｏｓ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒのいずれか１または２種以上の元素である）合金で形成する。
【０２３２】
第２の反強磁性層５０，５０を形成するための、前記ＰｔＭｎ合金及び前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。また、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３ａｔ％の範囲であることが好ましい。さらに、前記Ｐｔ−Ｍｎ−Ｘ’の式で示される合金において、Ｘ’が０．２〜１０ａｔ％の範囲であることが好ましい。ただし、Ｘ’がＰｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である場合には、Ｘ’は０．２〜４０ａｔ％の範囲であることが好ましい。特に規定しない限り、〜で示す数値範囲の上限と下限は以下、以上を意味する。
【０２３３】
第２の反強磁性層５０，５０上には、Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ａｕなどによって形成される電極層５１が形成される。
【０２３４】
なお、第２の反強磁性層５０，５０間の間隔寸法がトラック幅寸法Ｔｗに対応する。
【０２３５】
本実施の形態の磁気検出素子では、磁気検出素子の形成時に設定されたトラック幅（光学的トラック幅）Ｔｗの領域に不感領域が生じないので、高記録密度化に対応するために磁気検出素子のトラック幅Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑えることができる。
【０２３６】
さらに、本実施の形態では磁気検出素子の側端面Ｓ，Ｓがトラック幅方向に対して垂直となるように形成されることが可能なので、フリー磁性層３７のトラック幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
【０２３７】
第１のフリー磁性層３７ｃ上であって、第２の反強磁性層５０，５０にはさまれる領域には、バックド層Ｂ２及び鏡面反射層Ｓ７が順次積層されている。
【０２３８】
バックド層Ｂ２は図３及び図４に示されたバックド層Ｂ１と同様の材料を用いて形成され、バックド層Ｂ１と同様にスピンフィルター効果を有する。
【０２３９】
本実施の形態でも、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、鏡面反射層Ｓ７を形成し、これによって鏡面反射層Ｓ７の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０２４０】
従って、鏡面反射層Ｓ７を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層Ｓ７を形成することができる。
【０２４１】
また、鏡面反射層Ｓ７は平滑性も良好なため、鏡面反射層Ｓ７を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０２４２】
さらに、鏡面反射層Ｓ７は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０２４３】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層Ｓ７は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層Ｓ７をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０２４４】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２４５】
図１３は、本発明の第１０の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図である。
【０２４６】
図１３に示す磁気検出素子は、第１の実施の形態の磁気検出素子とは逆に、フリー磁性層３７、非磁性材料層３６、固定磁性層３５、反強磁性層３４が順次積層されてなるいわゆるトップ型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【０２４７】
図１３では、下地層３３、鏡面反射層３８、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７、非磁性材料層３６、第２の固定磁性層３５ｃ、非磁性中間層３５ｂ、第１の固定磁性層３５ａからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、反強磁性層３４、及び保護層３９が積層された多層膜Ｔ１０が形成されている。
【０２４８】
多層膜Ｔ１０の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２が成膜されている。
【０２４９】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９は、第１の実施の形態の磁気検出素子と同等の材料からなる。
【０２５０】
下部ギャップ層３２の上面と下地層３３の側面、及び第１のフリー磁性層３７ｃの側面に接してバイアス下地層６０が形成されている。
【０２５１】
バイアス下地層６０の上には、ハードバイアス層６１が形成されている。ハードバイアス層６１は図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【０２５２】
ハードバイアス層６１上には、Ｔａなどの非磁性材料で形成された中間層６２が形成され、この中間層６２の上に、電極層６３が形成されている。
【０２５３】
バイアス下地層６０、ハードバイアス層６１、及び電極層６３を形成する材料は、第１の実施の形態の磁気検出素子のバイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、及び電極層４３と同等の材料であるので説明を省略する。
【０２５４】
多層膜Ｔ１０の表面、及び電極層６３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド（図示せず）が形成されている。上部シールド層は、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われる。
【０２５５】
ハードバイアス層６１は、フリー磁性層３７を構成する第２のフリー磁性層３７ａと第１のフリー磁性層３７ｃのうち、一方の磁化方向を揃えるだけでよい。図１３では、第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向のみをそろえている。第１のフリー磁性層３７ｃの磁化方向が一定方向に揃えられると、第２のフリー磁性層３７ａは磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０２５６】
本実施の形態では、ハードバイアス層６１は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第１のフリー磁性層３７ｃに与える。従って、ハードバイアス層６１から発生する図示Ｘ方向の静磁界によって、第２のフリー磁性層３７ａの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑えることができる。
【０２５７】
この実施例においては、多層膜Ｔ１０の第１のフリー磁性層３７ｃは、反強磁性層３４よりも下方に形成されており、ハードバイアス層６１の膜厚の厚い部分と隣接しており、従って第１のフリー磁性層３７ｃの磁化は容易にＸ方向に揃えられる。これにより、バルクハウゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０２５８】
本実施の形態でも、第１のフリー磁性層３７ｃと鏡面反射層３８との界面においてアップスピンの伝導電子の鏡面反射を生じさせることができる。
【０２５９】
また、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層を形成し、これによって鏡面反射層３８の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることを可能にしている。
【０２６０】
従って、鏡面反射層３８を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した鏡面反射層３８を形成することができる。
【０２６１】
また、鏡面反射層３８は平滑性も良好なため、鏡面反射層３８を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０２６２】
さらに、鏡面反射層３８は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【０２６３】
また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏからなる鏡面反射層３８は、結晶性が向上しているので、ポテンシャル障壁を形成可能な結晶構造を有する酸化物として一様な膜に形成することが容易であり、例えば鏡面反射層３８をアルミナなどの従来の絶縁性材料を用いて形成したときよりも、薄い膜厚で充分な鏡面反射効果を奏することができる。
【０２６４】
従って、磁気検出素子のギャップ長を短くすることができ、さらなる狭ギャップ化に対応できるようになる。
【０２６５】
図１に示された磁気検出素子の製造方法について説明する。
図１４に示されるように下部ギャップ３２上に下地層３３を介して反強磁性層３４を積層する。さらに第１の固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２の固定磁性層３５ｃからなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１のフリー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性層３７を、スパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０２６６】
次に、第１のフリー磁性層３７ｃ上に、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて鏡面反射層３８を成膜する。
【０２６７】
鏡面反射層３８を、組成式がＡｌ−Ｓｉ−Ｏで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＡｌ−Ｓｉで形成された前記ターゲットを使用する。前記ターゲットにはＯ（酸素）が含まれていないので、スパッタで形成される鏡面反射層３８内に酸素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜する。
【０２６８】
この製造方法ではＡｌ−Ｓｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。そしてＯ２ガスの導入量やスパッタ電力等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【０２６９】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ２ガスを導入して、Ｏの組成比を適切に調整してもよい。
【０２７０】
またＡｌ２Ｏ３からなるターゲットとＳｉＯ２からなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成してもよい。これら複数のターゲットを用いるときは各ターゲットに印加されるスパッタ電力を調整して、各ターゲットからスパッタされるスパッタ量を変化させて、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下となるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜となる。
【０２７１】
または、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比で調整したＡｌ−Ｓｉターゲットを形成し、ＤＣスパッタ法などのスパッタ法によって、第１のフリー磁性層３７ｃ上にＡｌ−Ｓｉ膜を成膜し、このＡｌ−Ｓｉ膜を酸化させてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を得ることもできる。
【０２７２】
Ａｌ−Ｓｉ膜を酸化させる方法として、Ｏ２ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中で酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中からＯ２ラジカルを引出し、このＯ２ラジカル中で酸化させる方法を使用することができる。
【０２７３】
特に、Ｏ２ラジカル中で酸化させる方法は酸化速度を適切に調節することが容易であり、Ａｌ−Ｓｉ膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
【０２７４】
Ａｌ−Ｓｉ膜を酸化させてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を得る方法では、Ａｌ−Ｓｉターゲット形成のとき、Ｓｉの含有量をＡｌの含有量との比のみで調整することができる。また、Ｏ２ガス、Ｏ２プラズマ、Ｏ２ラジカルの導入量等の調整によって、Ｓｉ量が全体の２ａｔ％以上で９ａｔ％以下含有されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を容易に成膜することができる。
【０２７５】
鏡面反射層３８を、組成式がＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＳｉで形成された前記ターゲットを使用する。前記ターゲットにはＯ（酸素）及びＮ（窒素）が含まれていないので、スパッタで形成される鏡面反射層３８内に酸素及び窒素を含有させるために、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ２ガス及びＮ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜する。
【０２７６】
また本発明では上記した製造方法に限らず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整されたＳｉ−Ｏ−Ｎからなる焼結ターゲットを形成してもよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガスのみでもよいし、あるいはＯ２ガス及びＮ２ガスを導入して、Ｏ及びＮの組成比を適切に調整してもよい。
【０２７７】
またＳｉＯ２からなるターゲットとＳｉ−Ｎからなるターゲットを用いた複合ターゲットで、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成してもよい。
【０２７８】
あるいは、またＳｉＯ２からなるターゲットを用いてスパッタ装置内にＡｒガス以外にＮ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜してもよいし、Ｓｉ−Ｎからなるターゲットを用いてスパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ２ガスを導入し、反応性スパッタ法によってＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を成膜してもよい。
【０２７９】
または、Ｓｉ−Ｎターゲットを形成し、ＤＣスパッタ法などのスパッタ法によって、第１のフリー磁性層３７ｃ上にＳｉ−Ｎ膜を成膜し、このＳｉ−Ｎ膜を酸化させてＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を得ることもできる。
【０２８０】
Ｓｉ−Ｎ膜を酸化させる方法として、Ｏ２ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中で酸化させる方法、Ｏ２プラズマ中からＯ２ラジカルを引出し、このＯ２ラジカル中で酸化させる方法を使用することができる。
【０２８１】
特に、Ｏ２ラジカル中で酸化させる方法は酸化速度を適切に調節することが容易であり、Ｓｉ−Ｎ膜を均一に酸化させることが容易になるので好ましい。
【０２８２】
あるいは、気相成長法（ＣＶＤ法）によって、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜することもできる。
【０２８３】
上記の方法によって第１のフリー磁性層３７ｃ上に形成されたＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜が鏡面反射層３８となる。
【０２８４】
なお、本実施の形態では、鏡面反射層３８となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下、特に０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚さで形成することができる。
【０２８５】
さらに、鏡面反射層３８上に保護層３９が積層されることにより多層膜Ｔ１が形成される。
【０２８６】
次に、形成する磁気検出素子のトラック幅Ｔｗの領域を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を、多層膜Ｔ上にパターン形成する。
【０２８７】
図１５に示すように、レジスト層Ｒ１には、その下面に切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａが形成されている。
【０２８８】
次に図１６に示す工程では、エッチングにより多層膜Ｔ１の両側を削り込む。本工程では、反強磁性層３４の側面を完全に削りとっているが、エッチングレート及びエッチング時間を制御し、反強磁性層３４の側面を完全に削り取らず延出部３４ａが形成されるようにしてもよい。
【０２８９】
さらに図１７に示す工程では、多層膜Ｔ１の両側に、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３を成膜する。本実施の形態では、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３を下部ギャップ層３２の膜面垂直方向（多層膜Ｔ１が形成される図示しない基板の面垂直方向）からスパッタ粒子を入射させた。
【０２９０】
本実施の形態では、ハードバイアス層４１は多層膜Ｔ１と対向する側の側面４１ａの最上部４１ｂが第２のフリー磁性層３７ａの上面３７ａ３と重なる高さ位置に形成される。ただし、ハードバイアス層４１の側面４１ａが、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、及び第１のフリー磁性層３７ｃの側面と対向するようにしてもよい。
【０２９１】
本実施の形態では、ハードバイアス層４１は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７ａに与える。従って、ハードバイアス層４０から発生する図示Ｘ方向の静磁界によって、第１のフリー磁性層３７の磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑えることができる。
【０２９２】
さらに、レジスト層Ｒ１が除去され、多層膜Ｔ１の表面、及び電極層４３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド（図示せず）が形成され、この上部シールド層が、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われることにより第１の実施の形態の磁気検出素子が形成される。
【０２９３】
なお、下部シールド層３１、下部ギャップ層３２、下地層３３、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、鏡面反射層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギャップ層４４は、前述した材料を用いて形成する。
【０２９４】
図３に示された第２の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第１のフリー磁性層３７ｃ上に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｕなどの非磁性導電性材料を用いて、０．３ｎｍ〜２．５ｎｍの厚さのバックド層Ｂ１を成膜した後、バックド層Ｂ１上に上述した方法で鏡面反射層３８となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜すればよい。なお、バックド層Ｂ１は、特にＣｕからなることが好ましい。
【０２９５】
図６に示された第４の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第２のフリー磁性層３７ａを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ１となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ１上に残りの第２のフリー磁性層３７ａを成膜する。
【０２９６】
図７に示された第５の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第１のフリー磁性層３７ｃを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ２となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ２上に残りの第１のフリー磁性層３７ｃを成膜する。
【０２９７】
図９に示された第７の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第２の固定磁性層３５ｃを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ５となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ５上に残りの第２の固定磁性層３５ｃを成膜する。
【０２９８】
図１０に示された第８の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、第１の固定磁性層３５ａを途中まで成膜した後、鏡面反射層Ｓ６となるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を成膜し、この鏡面反射層Ｓ６上に残りの第１の固定磁性層３５ａを成膜する。
【０２９９】
図１２に示された第９の実施の形態の磁気検出素子を形成するときは、まず、各層の積層順序が多層膜Ｔ９と同じで、バックド層Ｂ２及びＳｉ−Ｏ−Ｎ膜またはＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜からなる鏡面反射層Ｓ７が一様な薄膜として形成されている多層膜を形成する。
【０３００】
次に、形成する磁気検出素子のトラック幅寸法Ｔｗの領域を覆うリフトオフ用のレジスト層を前記多層膜上に積層し、このレジスト層をマスクとしてトラック幅寸法Ｔｗの領域を残してバックド層Ｂ２及び鏡面反射層Ｓ７、並びに第１のフリー磁性層３７ｃの一部をミリングなどによって削る。
【０３０１】
さらに、第１のフリー磁性層３７ｃとなる強磁性材料及び反強磁性材料からなる第２の反強磁性層５０、電極層５１を連続成膜した後に前記レジスト層を除去すると図１２に示された磁気検出素子が得られる。
【０３０２】
なお、図１から図１２に示された磁気検出素子において、フリー磁性層３７及び固定磁性層３５は単層の磁性材料層として形成されてもよい。
【０３０３】
また、図１から図１２に示された磁気検出素子において、ハードバイアス層４１の側面４１ａが、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、第２のフリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、及び第１のフリー磁性層３７ｃの側面と対向するようにしてもよい。
【０３０４】
【実施例】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜の、絶縁性及び耐現像液性の各諸特性の実験を行った。
【０３０５】
まず膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＡｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０（数値はａｔ％）であるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、及び膜厚が３０ｎｍからなり組成比がＳｉ３５．０Ｏ６２．０Ｎ３．０であるＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成し、比較例として膜厚が３０ｎｍからなるＡｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜を形成した。
【０３０６】
低抵抗のＳｉ基板上に成膜した各薄膜の上下にＮｉからなる電極膜を付け、薄膜に電圧を徐々に高めながらかけていき、そのときのリーク電流（Ａ／ｍｍ２）を測定し、その値から絶縁抵抗（Ω）を算出した。その実験結果を図１８に示す。
【０３０７】
比較例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜では、電圧を徐々に高めていくと、急激にリーク電流が上昇し、前記電圧が１０Ｖ程度となった時点で破壊した。
【０３０８】
また比較例としてのＡｌ２Ｏ３膜は電圧が約１０Ｖを越えると、急にリーク電流値が大きくなり、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊した。
【０３０９】
一方、実施例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、電圧が２０Ｖを越えてもリーク電流は低い。そして前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊した。
【０３１０】
また、実施例としてのＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、電圧が３０Ｖまでリーク電流は低い。そして前記電圧が４０Ｖ程度となったときに破壊した。
【０３１１】
図１９は、上記したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜における電圧と絶縁抵抗（Ω）との関係を示すグラフである。図１９は図１８に示す実験結果から得られたリーク電流値から絶縁抵抗値（Ω）を算出したものである。
【０３１２】
図１８に示すようにＡｌ２Ｏ３膜は電圧が約１２Ｖ程度までは、高い絶縁抵抗を保つが、前記電圧が約１２Ｖを越えると破壊し、このときの絶縁耐圧は４．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０３１３】
一方、実施例としてのＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜は、電圧が２０Ｖを越えても良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約２３Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は７．７ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０３１４】
また、実施例としてのＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、電圧が３０Ｖまで良好に高い絶縁抵抗を保ち、前記電圧が約４０Ｖ程度となったときに破壊し、このときの絶縁耐圧は１３．０ＭＶ／ｃｍであることが確認された。
【０３１５】
以上の実験結果により、鏡面反射層としてＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜或いはＳＩ−Ｏ−Ｎ膜を使用すれば、従来から一般的に使用されているアルミナよりも高い絶縁耐圧が得られることがわかる。従って、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜或いはＳＩ−Ｏ−Ｎ膜からなる前記鏡面反射層の絶縁性が向上し、導電性材料からなる層に前記鏡面反射層が積層されたときにこの層との界面において大きなポテンシャル障壁を形成することができる。
【０３１６】
次に耐現像液性に関する実験を行った。実験では、比較例としてＡｌ２Ｏ３膜を形成し、また実施例としてＳｉの添加量を変化させたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜を形成した。各薄膜の膜厚は１００ｎｍで統一した。また現像液としてはＫＯＨ等を主成分とする強アルカリ溶液を用い、また現像液にさらす時間を１０分程度とした。その実験結果を図２０に示す。
【０３１７】
図２０に示すように、Ａｌ２Ｏ３のときのエッチングレートは約５０Å／ｍｉｎ程度であることがわかる。
【０３１８】
一方、Ｓｉ量を添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜では、前記Ｓｉの添加量が増えるほどエッチングレートは減少していき、前記Ｓｉの添加量が１０ａｔ％になるとエッチングレートはほぼ０（Å／ｍｉｎ）であることがわかる。
【０３１９】
このようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜では、Ａｌ２Ｏ３膜に比べて耐現像液性に優れていることがわかる。
【０３２０】
図２１ないし図２３は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の透過電子線回折像で、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の組成比は、図２１では、Ａｌ３７．０Ｓｉ２．５Ｏ６０．５で、図２２では、Ａｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０で、図２３では、Ａｌ３１．０Ｓｉ７．５Ｏ６１．５で、図２４では、Ａｌ２８．０Ｓｉ１０．０Ｏ６２．０（数値はすべてａｔ％である）であった。
【０３２１】
図２１では、回折像の真ん中に写し出されたビーム原点の回りにぼやけた像のみが見える。一方、図２２及び図２３のように、Ｓｉ量が増え始めると、ビーム原点の回りには、ぼやけた像の中に微小な無数の回折斑点が現れ始める。この回折像からＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜の原子配列には短範囲に規則性が生じ始め、結晶性が向上しているものと推測される。
【０３２２】
しかしながら図２４に示すように、Ｓｉ量が１０．０ａｔ％になるとビーム原点の回りには、再びぼやけた像しか見えなくなり、原子配列に短範囲の規則性が無くなってしまう。
【０３２３】
図２１ないし図２４に示す透過電子線回折像からわかることは、Ｓｉ量が２．５ａｔ％、及び１０ａｔ％のとき、膜構造はほぼ完全なアモルファス状態であり、Ｓｉ量が５．０ａｔ％、及び７．５ａｔ％のとき、アモルファス以外に原子配列に短範囲の規則性が生じ、結晶性が高まっているものと推測される。
【０３２４】
以上図１８ないし図２４に示す各実験結果を基にして、本発明では鏡面反射層をＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜で形成するときＳｉ量を２ａｔ％以上で９ａｔ％以下の範囲に設定することとした。さらに上記組成比に加え、透過電子線回折像で観測したときに、原子配列に短範囲の規則性が生じていることが好ましいとした。
【０３２５】
上記したようにＡｌ−Ｓｉ−Ｏ膜あるいはＳｉ−Ｏ−Ｎ膜は、絶縁性、耐現像液性に優れ、今後の高記録密度化に対応すべく狭ギャップ化を適切に促進させることが可能な薄膜磁気ヘッドを製造することが可能である。
【０３２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、組成式がＡｌ−Ｓｉ−ＯまたはＳｉ−Ｏ−Ｎで示される絶縁性材料を用いて、鏡面反射層を形成し、これによって前記鏡面反射層の絶縁性、耐現像液性、平滑性、及び放熱性を向上させることが可能になる。
【０３２７】
従って、前記鏡面反射層を非常に薄い膜厚で形成しても、電流や化学薬品によって損傷しにくい安定した前記鏡面反射層を形成することができる。
【０３２８】
また、本発明における前記鏡面反射層は平滑性も良好なため、前記鏡面反射層を薄い膜厚で作ることも容易である。
【０３２９】
さらに、本発明における前記鏡面反射層は放熱性が向上するため、磁気検出素子の直流抵抗値を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図２】図１に示された磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図３】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図４】図３に示された磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図５】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図６】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図７】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図８】本発明の第６の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図９】本発明の第７の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１０】本発明の第８の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１１】図９に示された磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図１２】本発明の第９の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１３】本発明の第１０の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１４】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１５】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１６】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１７】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１８】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜の、電圧とリーク電流との関係を示すグラフ、
【図１９】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ膜、Ａｌ２Ｏ３膜、及びＡｌ−Ｓｉ−Ｎ膜の、電圧と絶縁抵抗との関係を示すグラフ、
【図２０】Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ膜中に占めるＳｉ量とエッチングレートとの関係を示すグラフ、
【図２１】Ａｌ３７．０Ｓｉ２．５Ｏ６０．５膜の透過電子線回折像、
【図２２】Ａｌ３４．０Ｓｉ５．０Ｏ６１．０膜の透過電子線回折像、
【図２３】Ａｌ３１．０Ｓｉ７．５Ｏ６１．５膜の透過電子線回折像、
【図２４】Ａｌ２８．０Ｓｉ１０．０Ｏ６２．０膜の透過電子線回折像、
【図２５】従来の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【符号の説明】
３３  下地層
３４  反強磁性層
３５ａ  第１の固定磁性層
３５ｂ  非磁性中間層
３５ｃ  第２の固定磁性層
３５  固定磁性層
３６  非磁性材料層
３７ａ  第２のフリー磁性層
３７ｂ  非磁性中間層
３７ｃ  第１のフリー磁性層
３７  フリー磁性層
３８、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６  鏡面反射層
３９  保護層
４１  ハードバイアス層
５０  第２の反強磁性層
４３、５１  電極層
Ｂ１  バックド層
ｅ１  アップスピンの伝導電子
ｅ２  ダウンスピンの伝導電子
【図１】
0003600538.tif 000002
【図２】
0003600538.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003600538.tif 000005
【図５】
0003600538.tif 000006
【図６】
0003600538.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003600538.tif 000009
【図９】
0003600538.tif 000010
【図１０】
0003600538.tif 000011
【図１１】
0003600538.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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