(57)【要約】【課題】  磁歪定数λｓが小さく、軟磁気特性に優れた磁気検出素子を提供する。【解決手段】  フリー磁性層１６はＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａ（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの積層体である。ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂは７６≦ａ≦１００の組成比率で構成され、あるいは面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向して構成されており、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが前記非磁性材料層に接している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層はＣｏ２ＭｎＺ合金層（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）の積層体を有しており、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層が前記非磁性材料層に接していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記フリー磁性層はＣｏ２ＭｎＺ合金層（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦９０である）の積層体を有している請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層はＣｏ２ＭｎＺ合金層（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の積層体を有しており、
前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層は面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しており、
前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層が前記非磁性材料層に接していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項４】
前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の膜厚が１０Å以上３０Å以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記フリー磁性層の磁歪定数λｓが、０ｐｐｍから１５ｐｐｍの範囲内である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記固定磁性層がＣｏ２ＹＺ合金層（ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）を有している請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上にも非磁性材料層及び固定磁性層が設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記フリー磁性層は、上部フリー磁性層及び下部フリー磁性層が直接あるいは他の磁性材料層又は非磁性材料層を介して積層されたものであり、
前記下部フリー磁性層並びにこの下部フリー磁性層より下側の非磁性材料層及び固定磁性層を有する多層膜下部と前記上部フリー磁性層並びにこの上部フリー磁性層より上側の非磁性材料層及び固定磁性層を有する多層膜上部のうち、伝導電子の流れの上流に位置する方を多層膜上流部、伝導電子の流れの下流に位置する方を多層膜下流部としたとき、
前記多層膜上流部の磁気抵抗変化量×素子面積ΔＲＡが前記多層膜下流部のΔＲＡよりも小さい請求項９記載の磁気検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜面垂直方向にセンス電流を流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子に係り、特に磁歪定数λｓが小さく、軟磁気特性に優れた磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）Ｈ５を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０００３】
図５に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＣｒなどのｂｃｃ構造（体心立方構造）の金属からなるシード層２が形成されている。
【０００４】
シード層２の上には、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。
【０００５】
保護層７はＴａ、非磁性材料層５はＣｕ、フリー磁性層６はＣｏＦｅなどの強磁性材料、固定磁性層４はＣｏ２ＹＺ合金層（ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）などのホイスラー合金、反強磁性層３はＰｔＭｎなどの反強磁性材料によって形成されている。
【０００６】
多層膜Ｔ１の上下には電極層１０，１０が設けられており、多層膜の膜面垂直方向に直流のセンス電流が流される。
【０００７】
反強磁性層３と固定磁性層４との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層４の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００８】
フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層６の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０００９】
図５に示される磁気検出素子Ｈ５に外部磁界が印加されると、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相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。
【００１０】
このような磁気検出素子は、特許文献１（特開２００４−２６０１４９号公報）に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２６０１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記特許文献１に記載された磁気検出素子は、図５に示す固定磁性層４として機能する強磁性体層にホイスラー合金を用いることによって、前記強磁性体層の磁化を適切にハイト方向（図示Ｙ方向）に固定し、磁気検出素子としての好ましい特性を得ようとしているものである。
【００１２】
しかし、磁気検出素子の特性を向上するためには、磁歪定数λｓを小さくして軟磁気特性を向上することが極めて重要となってくるが、前記特許文献１に開示されたような思想、すなわち図５に示す固定磁性層４にホイスラー合金を用いることによってのみでは充分に達成することができない。
【００１３】
本発明は前記従来の課題を解決するためのものであり、フリー磁性層の構成条件を適切なものとすることによって、磁歪定数λｓが小さく、軟磁気特性に優れた磁気検出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層はＣｏ２ＭｎＺ合金層（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）の積層体を有しており、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層が前記非磁性材料層に接していることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層に重ねるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の組成比を上記のごとく設定し、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層を前記非磁性材料層に接するように形成することによって、前記フリー磁性層の特性を向上させることができる。
【００１６】
この場合、前記フリー磁性層はＣｏ２ＭｎＺ合金層（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦９０である）の積層体を有しているものとして構成することが好ましい。
【００１７】
また本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記フリー磁性層はＣｏ２ＭｎＺ合金層（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の積層体を有しており、
前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層は面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しており、
前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層が前記非磁性材料層に接していることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明では、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層の結晶構造を上記のごとくし、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層を前記非磁性材料層に接するように形成することによって、前記フリー磁性層の特性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の膜厚が１０Å以上３０Å以下であるものとして構成することが好ましい。
【００２０】
また、前記フリー磁性層の磁歪定数λｓが、０ｐｐｍから１５ｐｐｍの範囲内であるものとして構成することが好ましい。
【００２１】
また、前記固定磁性層がＣｏ２ＹＺ合金層（ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、前記ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）を有しているものとして構成することができる。
【００２２】
本発明の磁気検出素子は、例えば、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられているトップスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２３】
あるいは、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられているボトムスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２４】
または、前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上に他の非磁性材料層及び他の固定磁性層が設けられているデュアルスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２５】
デュアルスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子であるときは、前記フリー磁性層は、上部フリー磁性層及び下部フリー磁性層が直接あるいは他の磁性材料層又は非磁性材料層を介して積層されたものであり、
前記下部フリー磁性層並びにこの下部フリー磁性層より下側の非磁性材料層及び固定磁性層を有する多層膜下部と前記上部フリー磁性層並びにこの上部フリー磁性層より上側の非磁性材料層及び固定磁性層を有する多層膜上部のうち、伝導電子の流れの上流に位置する方を多層膜上流部、伝導電子の流れの下流に位置する方を多層膜下流部としたとき、
前記多層膜上流部の磁気抵抗変化量×素子面積ΔＲＡが前記多層膜下流部のΔＲＡよりも小さくすることが好ましい。
【００２６】
これにより、スピン伝達トルク（Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔｏｒｑｅ；ＳＴＴ）由来のノイズを低減することができる。
【００２７】
スピン伝達トルクとはフリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜の膜面垂直方向に電流を流すときに、伝導電子のスピン角運動量がフリー磁性層及び固定磁性層を形成する磁性材料のスピン角運動量に伝播して、フリー磁性層のスピン角運動量を揺らがせるトルクである。フリー磁性層のスピン角運動量が揺らぐと再生出力にノイズが重畳し、磁気検出素子のＳ／Ｎ比が低下する。
【００２８】
フリー磁性層から固定磁性層に向かう方向に伝導電子が流れるときに発生するスピン伝達トルクは、固定磁性層からフリー磁性層に向かう方向に伝導電子が流れるときに発生するスピン伝達トルクよりも小さい。
【００２９】
本発明では、磁気検出素子の前記多層膜の前記多層膜上流部と前記多層膜下流部を非対称にして、前記多層膜上流部の磁気抵抗変化量×素子面積ΔＲＡを前記多層膜下流部のΔＲＡよりも小さくさせている。
【００３０】
これによって、デュアルスピンバルブ型磁気検出素子のフリー磁性層にかかるスピン伝達トルクを十分に相殺させることができる。本発明を用いると原理的にはフリー磁性層にかかるスピン伝達トルクをゼロにすることもできる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明では、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層に重ねるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の組成比率ａを、７６≦ａ≦１００とし、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層を非磁性材料層に接するように形成することによって、フリー磁性層の軟磁気特性を向上させることができる。
【００３２】
また本発明では、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層に重ねるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の結晶構造を、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するようにし、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層を前記非磁性材料層に接するように形成することによって、前記フリー磁性層の軟磁気特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）Ｈ１の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００３４】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。
【００３５】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１１である。この下地層１１の上に、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、フリー磁性層１６、保護層１７からなる多層膜Ｔ１が積層されている。図１に示される磁気検出素子は、フリー磁性層１６の下に反強磁性層１３が設けられているいわゆるボトムスピンバルブ型のＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００３６】
シード層１２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。シード層１２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、シード層１２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、シード層１２をＣｒによって形成すると、シード層１２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。
【００３７】
なお、下地層１１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１１は形成されなくともよい。
【００３８】
前記シード層１２の上に形成された反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３９】
反強磁性層１３は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するもの、または、面心正方（ｆｃｔ）構造を有するものになる。
【００４０】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金又はＩｒＭｎ合金を使用することができる。
【００４１】
また図１に示す磁気検出素子Ｈ１では、前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００４２】
なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００４３】
なお図１に示す磁気検出素子Ｈ１では、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、ａｔ％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＸはＰｔまたはＩｒであることが好ましい。
【００４４】
また図１に示す磁気検出素子Ｈ１では、反強磁性層１３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′のａｔ％を４５（ａｔ％）以上で６０（ａｔ％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（ａｔ％）以上で５６．５（ａｔ％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層１４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層１３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００４５】
前記反強磁性層１３の上に形成されている固定磁性層１４は３層構造となっている。
固定磁性層１４は、磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、磁性層１４ｃからなる３層構造である。前記反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層１４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記磁性層１４ａと磁性層１４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層１４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層１４と反強磁性層１３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００４６】
ただし前記固定磁性層１４は磁性材料層の単層、あるいは磁性材料層の多層構造で形成されていてもよい。
【００４７】
なお前記磁性層１４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層１４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、磁性層１４ｃは２０〜５０Å程度で形成される。
【００４８】
非磁性中間層１４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００４９】
なお、固定磁性層１４の磁性層１４ａおよび１４ｃは、Ｃｏ２ＹＺ合金層（ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）であることが好ましい。Ｃｏ２ＹＺ合金層はハーフメタル的な性質を有しており、ＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくするために有効な材料である。
【００５０】
前記固定磁性層１４の上に形成された非磁性材料層１５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで形成されている。
【００５１】
さらにフリー磁性層１６が形成されている。フリー磁性層１６の構成については後述する。
【００５２】
図１に示す実施形態では、フリー磁性層１６の両側にハードバイアス層１８，１８が形成されている。前記ハードバイアス層１８，１８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。ハードバイアス層１８，１８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いる。
【００５３】
ハードバイアス層１８，１８の上下及び端部は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００５４】
多層膜Ｔ１の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ１を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００５５】
電極層２０，２０はα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００５６】
以下に本発明の特徴部分について述べる。
前記フリー磁性層１６はＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａ（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）の積層体である。なお、組成比率ａはＣｏＦｅ中のＣｏのａｔ％である。
【００５７】
図１に示す磁気検出素子Ｈ１では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層１４は人工フェリ構造であるため、磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、磁性層１４ｃ及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【００５８】
また、上記熱処理によってフリー磁性層１６のＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが規則格子化する。
【００５９】
図１に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００６０】
フリー磁性層１６のＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａを形成するＣｏ２ＭｎＺ合金はホイスラー合金である。ホイスラー合金とはホイスラー型結晶構造を有する金属化合物の総称であり、組成によって強磁性を示す。Ｃｏ２ＭｎＺ合金は、スピン分極率が大きい金属であり、伝導電子のほとんどが、アップスピン電子またはダウンスピン電子のいずれか一方のみからなるハーフメタル的な性質を有している。
【００６１】
ＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子のフリー磁性層１６がＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａを有すると、外部磁界が印加される前と後における、フリー磁性層１６内部の伝導電子のスピン拡散長又は平均自由行程の変化量が大きくなる。すなわち、多層膜の抵抗値の変化量が大きくなり、外部磁界の検出感度が向上する。
【００６２】
しかし、フリー磁性層１６をＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの単層構造にすると、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓや保磁力Ｈｃが大きくなり磁界検出感度の安定性が低下する。
【００６３】
ここで、図１に示すように、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）を重ねると、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓや保磁力Ｈｃを小さくすることができる。これは、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ中の元素Ｃｏ、元素Ｆｅの組成比率を上述した範囲に設定するとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓが負の値をとり、かつ保磁力Ｈｃを小さくできるからである。
【００６４】
前記したように、フリー磁性層１６はＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａ（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）の積層体である。なお、組成比率ａはＣｏＦｅ中のＣｏのａｔ％である。
【００６５】
本発明では、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａに重ねるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの組成比を上記のごとく設定することによって、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを負の値にし、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓ及び保磁力Ｈｃを小さくして、フリー磁性層１６の軟磁気特性を向上させることができる。
【００６６】
特に、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂのａを、７６≦ａ≦９０とすれば、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを負の値にし、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓ及び保磁力Ｈｃを小さくして、フリー磁性層１６の軟磁気特性を向上させることが効果的に可能となり、実用的使用に適切なものとすることができるので好ましい。
【００６７】
また、図１に示すように、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが非磁性材料層１５に接する構造とすることによって、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが非磁性材料層１５に接している場合に比較して、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを小さくすることができる。これは、Ｃｕからなる非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。したがって、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが前記非磁性材料層１５に接するように構成することによって、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂを適切に面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するものとして形成できるためである。すなわち、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するものとして形成されていると、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを小さくすることができる。
【００６８】
また、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１が１０Å以上３０Å以下であることが好ましい。ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１を前記範囲内とすると、磁歪定数λｓを小さくすることができ、実用的使用に適切なものとすることができる。
【００６９】
Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの膜厚ｔ２は４０Å以上８０Å以下であることが好ましい。Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの膜厚ｔ２が４０Å以上であるとＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの結晶性、規則性が向上するので好ましい。
【００７０】
Ｃｕからなる非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているが、面心立方（ｆｃｃ）構造の{１１１}面は最稠密面であり、この最稠密面が非磁性材料層１５の表面に露出しているので、非磁性材料層１５の上に積層される前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの原子が、非磁性材料層１５の内部に拡散することを抑制できる。
【００７１】
また、ホイスラー合金からなる前記Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａは、成膜後に各元素を結晶格子の定まった位置に配置させる規則格子化を行う必要があり、この格子規則化を促進するために、成膜後に熱処理を施すが、この熱処理を施した場合にも、その下に形成されるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂと非磁性材料層１５の界面拡散を最小限に押さえることができる。
【００７２】
なお、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの積層体の上にＲｕなどの非磁性中間層及び他の磁性層を積層することにより、フリー磁性層１６を人工フェリ構造にしてもよい。
【００７３】
図２は本発明におけるデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子Ｈ２の構造を示す部分断面図である。図２に示す磁気検出素子Ｈ２は、図１に示す磁気検出素子Ｈ１と同じ構成要素を有している。したがって、図２に示す磁気検出素子Ｈ２のうち、図１に示す磁気検出素子Ｈ１と同じ構成要素には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００７４】
図２に示すように、下から下地層１１、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層３１、非磁性材料層１５、およびフリー磁性層１６が連続して積層されている。さらにフリー磁性層１６の上には、非磁性材料層１５、固定磁性層３２、反強磁性層１３、および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ２が形成されている。
【００７５】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００７６】
多層膜Ｔ２の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ２を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００７７】
なお、図２において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図２に示される磁気検出素子の固定磁性層３１は、磁性層３１ａ、非磁性中間層３１ｂ、磁性層３１ｃ、ホイスラー合金層３１ｄの４層構造である。磁性層３１ａ及び磁性層３１ｃはＣｏＦｅなどの強磁性材料によって形成され、ホイスラー合金層３１ｄは後述するホイスラー合金によって形成されている。ホイスラー合金層３１ｄは強磁性を有しており、強磁性結合によって磁性層３１ｃとホイスラー合金層３１ｄは同一の方向に磁化が向く。
【００７８】
反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層３１ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により磁性層３１ａの磁化方向と、磁性層３１ｃ及びホイスラー合金層３１ｄの磁化方向は互いに反平行状態にされる。
【００７９】
ＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子の固定磁性層３１の中にホイスラー合金層３１ｄを設けると、外部磁界が印加される前と後における、多層膜Ｔ２内部の伝導電子のスピン拡散長または平均自由行程の変化量が大きくなる。すなわち、多層膜Ｔ２の抵抗値の変化量が大きくなり、外部磁界の検出感度が向上する。また、非磁性中間層３１ｂの下にホイスラー合金層３１ｄを積層してもよいが、磁気抵抗効果に寄与するのは、非磁性材料層１５に接する層なので、非磁性中間層３１ｂの上にホイスラー合金層３１ｄを積層するほうが効果的である。
【００８０】
この固定磁性層３１のひとつの層であるホイスラー合金層３１ｄは、Ｃｏ２ＹＺ合金層（ＹはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｒのうち１種または２種以上の元素であり、ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）であることが好ましい。Ｃｏ２ＹＺ合金層はハーフメタル的な性質を有しており、ＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくするために有効な材料である。
【００８１】
より好ましくは、ホイスラー合金層３１ｄが、組成式がＣｏ２ＭｎＺで表される金属化合物によって形成されることである。ここで、ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｚｎ、のうち１種または２種以上の元素である。
【００８２】
または、前記ホイスラー合金層３１ｄを（Ｃｏ０．６７Ｆｅ０．３３）１００−ａＺａ合金（ＺはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅのうち１種または２種以上の元素であり、ａはａｔ％で０＜ａ≦３０）を用いて形成することが好ましい。前記（Ｃｏ０．６７Ｆｅ０．３３）１００−ａＺａ合金層のａｔ％を示すａは７≦ａ≦３０の範囲であることが好ましく、より好ましくは２２≦ａ≦２８である。前記（Ｃｏ０．６７Ｆｅ０．３３）１００−ａＺａ合金の前記Ｚは例えばＡｌまたはＧａのいずれか又は両方である。あるいは、前記（Ｃｏ０．６７Ｆｅ０．３３）１００−ａＺａ合金の前記Ｚは例えばＡｌである。
【００８３】
前記（Ｃｏ０．６７Ｆｅ０．３３）１００−ａＺａ合金はハーフメタル的な性質を有しているので磁気検出素子のΔＲＡを大きくすることができる。また、前記（Ｃｏ０．６７Ｆｅ０．３３）１００−ａＺａ合金はＣｏＭｎＧｅ合金やＣｏＭｎＧａ合金に比べて磁歪が大きいので、固定磁性層３１を構成する層の材料に用いると、固定磁性層３１の一軸異方性を強くできる。
【００８４】
図２に示される磁気検出素子の固定磁性層３２は、ホイスラー合金層３２ａ、磁性層３２ｂ、非磁性中間層３２ｃ、磁性層３２ｄ、の４層構造である。磁性層３２ｂ及び磁性層３２ｄはＣｏＦｅなどの強磁性材料によって形成され、ホイスラー合金層３２ａは、前述した固定磁性層３１のホイスラー合金層３１ｄを形成するホイスラー合金とおなじホイスラー合金によって形成されている。磁性層３２ｂは強磁性を有しており、強磁性結合によってホイスラー合金層３２ａと磁性層３２ｂは同一の方向に磁化が向く。
【００８５】
固定磁性層３２の上にある反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層３２ｃを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により磁性層３２ｄの磁化方向と、ホイスラー合金層３２ａ及び磁性層３２ｂの磁化方向は互いに反平行状態にされる。
【００８６】
ＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子の固定磁性層３２の中にホイスラー合金層３２ａを設けると、外部磁界が印加される前と後における、多層膜Ｔ２内部の伝導電子のスピン拡散長または平均自由行程の変化量が大きくなる。すなわち、多層膜Ｔ２の抵抗値の変化量が大きくなり、外部磁界の検出感度が向上する。また、非磁性中間層３２ｃの上にホイスラー合金層３２ａを積層してもよいが、磁気抵抗効果に寄与するのは、非磁性材料層１５に接する層なので、非磁性中間層３２ｃの下にホイスラー合金層３２ａを積層するほうが効果的である。
【００８７】
なお、固定磁性層３１、固定磁性層３２を人工フェリ構造を有さない構造として形成してもよい。また、図２に示された固定磁性層３１を図１に示す磁気検出素子Ｈ１の固定磁性層１４の代わりに用いてもよい。
【００８８】
図２に示された磁気検出素子は、固定磁性層３１、３２とフリー磁性層１６の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子Ｈ２の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層１６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３１、３２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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。図２に示されたデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子Ｈ２はフリー磁性層１６の上下に非磁性材料層１５を介して固定磁性層３２と固定磁性層３１が設けられているので、理論上は抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを図１に示されたシングルスピンバルブ型の磁気検出素子の２倍にすることができる。図２に示す磁気検出素子Ｈ２であれば、磁気検出素子Ｈ２のΔＲＡを５ｍΩμｍ２以上にすることが可能である。
【００８９】
前記フリー磁性層１６はＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａ（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）の積層体である。なお、組成比率ａはＣｏＦｅ中のＣｏのａｔ％である。
【００９０】
フリー磁性層１６のＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａを形成するＣｏ２ＭｎＺ合金はホイスラー合金である。ホイスラー合金とはホイスラー型結晶構造を有する金属化合物の総称であり、組成によって強磁性を示す。Ｃｏ２ＭｎＺ合金は、スピン分極率が大きい金属であり、伝導電子のほとんどが、アップスピン電子またはダウンスピン電子のいずれか一方のみからなるハーフメタル的な性質を有している。
【００９１】
ＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子のフリー磁性層１６がＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａを有すると、外部磁界が印加される前と後における、フリー磁性層１６内部の伝導電子のスピン拡散長又は平均自由行程の変化量が大きくなる。すなわち、多層膜の抵抗値の変化量が大きくなり、外部磁界の検出感度が向上する。
【００９２】
しかし、フリー磁性層１６をＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの単層構造にすると、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓや保磁力Ｈｃが大きくなり磁界検出感度の安定性が低下する。
【００９３】
ここで、図２に示すように、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）を重ねると、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓや保磁力Ｈｃを小さくすることができる。これは、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ中の元素Ｃｏ、元素Ｆｅの組成比率を上述した範囲に設定するとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓが負の値をとり、かつ保磁力Ｈｃを小さくできるからである。
【００９４】
図２に示す磁気検出素子Ｈ２でも、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａに重ねるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの組成比を上記のごとく設定することによって、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを負の値にし、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓ及び保磁力Ｈｃを小さくして、フリー磁性層１６の軟磁気特性を向上させることができる。
【００９５】
特に、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂのａを、７６≦ａ≦９０とすれば、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを負の値にし、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓ及び保磁力Ｈｃを小さくして、フリー磁性層１６の軟磁気特性を向上させることが効果的に可能となり、実用的使用に適切なものとすることができるので好ましい。
【００９６】
また、図２に示すように、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが、上下方向に形成された２つの非磁性材料層１５のどちらか一方に接する構造とすることによって、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが非磁性材料層１５に接している場合に比較して、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを小さくすることができる。これは、Ｃｕからなる非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。したがって、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが前記非磁性材料層１５に接するように構成することによって、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂを適切に面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するものとして形成できるためである。すなわち、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するものとして形成されていると、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを小さくすることができる。
【００９７】
また、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１が１０Å以上３０Å以下であることが好ましい。ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１を前記範囲内とすると、磁歪定数λｓを小さくすることができ、実用的使用に適切なものとすることができる。
【００９８】
Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの膜厚ｔ２は４０Å以上８０Å以下であることが好ましい。Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの膜厚ｔ２が４０Å以上であるとＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの結晶性、規則性が向上するので好ましい。
【００９９】
Ｃｕからなる非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているが、面心立方（ｆｃｃ）構造の{１１１}面は最稠密面であり、この最稠密面が非磁性材料層１５の表面に露出しているので、下側（図示Ｚ方向側と反対側）に形成された非磁性材料層１５の上に積層される前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの原子が、非磁性材料層１５の内部に拡散することを抑制できる。
【０１００】
なお、図２に示す実施形態では、下側（図示Ｚ方向と反対側）に形成された非磁性材料層１５の上に前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが形成され、上側（図示Ｚ方向側）に形成された前記非磁性材料層１５の下には、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂではなく、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、下側に形成された非磁性材料層１５の上に前記Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが形成され、上側に形成された前記非磁性材料層１５の下に、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが形成されとものとして構成されていても良い。
【０１０１】
また、ホイスラー合金からなる前記Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａは、成膜後に各元素を結晶格子の定まった位置に配置させる規則格子化を行う必要があり、この格子規則化を促進するために、成膜後に熱処理を施すが、この熱処理を施した場合にも、その下に形成されるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂと非磁性材料層１５の界面拡散を最小限に押さえることができる。
【０１０２】
なお、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの積層体の上にＲｕなどの非磁性中間層及び他の磁性層を積層することにより、フリー磁性層１６を人工フェリ構造にしてもよい。
【０１０３】
また、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂのうち下側に位置している方を下部フリー磁性層とし上側に位置している方を上部フリー磁性層としたとき、下部フリー磁性層並びにこの下部フリー磁性層より下側の非磁性材料層１５及び固定磁性層３１を有する多層膜下部Ｂと上部フリー磁性層並びにこの上部フリー磁性層より上側の非磁性材料層１５及び固定磁性層３２を有する多層膜上部Ａのうち、伝導電子の流れの上流に位置する方を多層膜上流部、伝導電子の流れの下流に位置する方を多層膜下流部としたとき、
多層膜上流部の磁気抵抗変化量×素子面積ΔＲＡが多層膜下流部のΔＲＡよりも小さくすることが好ましい。
【０１０４】
これにより、スピン伝達トルク（Ｓｐｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔｏｒｑｅ；ＳＴＴ）由来のノイズを低減することができる。
【０１０５】
スピン伝達トルクとはフリー磁性層１６、非磁性材料層１５、及び固定磁性層３１、３２が積層された多層膜Ｔ２の膜面垂直方向に電流を流すときに、伝導電子のスピン角運動量がフリー磁性層１６及び固定磁性層３１、３２を形成する磁性材料のスピン角運動量に伝播して、フリー磁性層１６のスピン角運動量を揺らがせるトルクである。フリー磁性層１６のスピン角運動量が揺らぐと再生出力にノイズが重畳し、磁気検出素子のＳ／Ｎ比が低下する。
【０１０６】
フリー磁性層１６から固定磁性層３１、３２に向かう方向に伝導電子が流れるときに発生するスピン伝達トルクは、固定磁性層３１、３２からフリー磁性層１６に向かう方向に伝導電子が流れるときに発生するスピン伝達トルクよりも小さい。
【０１０７】
磁気検出素子Ｈ２の多層膜Ｔ２の多層膜上流部と多層膜下流部を非対称にして、多層膜上流部の磁気抵抗変化量×素子面積ΔＲＡを多層膜下流部のΔＲＡよりも小さくさせると、デュアルスピンバルブ型の磁気検出素子Ｈ２のフリー磁性層１６にかかるスピン伝達トルクを十分に相殺させることができる。原理的にはフリー磁性層１６にかかるスピン伝達トルクをゼロにすることもできる。
【０１０８】
図２に示される磁気検出素子では、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが下部フリー磁性層であり、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが上部フリー磁性層であるが、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが下部フリー磁性層である。
【０１０９】
多層膜上部Ａと多層膜下部Ｂとでは、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａを含む多層膜下部Ａの方がΔＲＡが大きくなる。従って、図２に示されるデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子Ｈ２の場合、伝導電子が下から上に流れるようにし、多層膜上部Ｂを多層膜上流部、多層膜下部Ａを多層膜下流部とすると、多層膜上流部のΔＲＡが多層膜下流部のΔＲＡよりも小さくなる。
【０１１０】
なお、図２に示される磁気検出素子では、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが下部フリー磁性層であり、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが上部フリー磁性層であるが、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが下部フリー磁性層であり、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが上部フリー磁性層であるものとして構成しても良い。
【０１１１】
このように構成すると、伝導電子が上から下に流れるようにし、多層膜上部Ａを多層膜上流部、多層膜下部Ｂを多層膜下流部とすると、多層膜上流部のΔＲＡが多層膜下流部のΔＲＡよりも小さくなる。
【０１１２】
図３は本発明におけるトップスピンバルブ型の磁気検出素子Ｈ３の構造を示す部分断面図である。図３に示す磁気検出素子Ｈ２は、図１に示す磁気検出素子Ｈ１あるいは図２に示す磁気検出素子Ｈ２と同じ構成要素を有している。したがって、図３に示す磁気検出素子Ｈ３のうち、図１に示す磁気検出素子Ｈ１あるいは図２に示す磁気検出素子Ｈ２と同じ構成要素には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。
【０１１３】
図３に示すように、下から下地層１１、シード層１２、フリー磁性層１６、非磁性材料層１５、固定磁性層３２、反強磁性層１３および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ３が形成されている。
【０１１４】
また、フリー磁性層４１の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【０１１５】
多層膜Ｔ３の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ３を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【０１１６】
なお、図３において、図１または図２と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
【０１１７】
図３に示す磁気検出素子Ｈ３でも、フリー磁性層１６はＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａ（ＺはＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｚｎのうち１種または２種以上の元素）とＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）の積層体である。なお、組成比率ａはＣｏＦｅ中のＣｏのａｔ％である。
【０１１８】
ここで、図３に示すように、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ（ａは組成比率を表し、７６≦ａ≦１００である）を重ねると、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓや保磁力Ｈｃを小さくすることができる。これは、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂ中の元素Ｃｏ、元素Ｆｅの組成比率を上述した範囲に設定するとＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓが負の値をとり、かつ保磁力Ｈｃを小さくできるからである。
【０１１９】
図３に示す磁気検出素子Ｈ３でも、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａに重ねるＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの組成比を上記のごとく設定することによって、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを負の値にし、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓ及び保磁力Ｈｃを小さくして、フリー磁性層１６の軟磁気特性を向上させることができる。
【０１２０】
特に、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂのａを、７６≦ａ≦９０とすれば、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを負の値にし、フリー磁性層１６の磁歪定数λｓ及び保磁力Ｈｃを小さくして、フリー磁性層１６の軟磁気特性を向上させることが効果的に可能となり、実用的使用に適切なものとすることができるので好ましい。
【０１２１】
また、図３に示すように、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが、非磁性材料層１５に接する構造とすることによって、Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａが非磁性材料層１５に接している場合に比較して、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを小さくすることができる。これは、Ｃｕからなる非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。したがって、前記ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが前記非磁性材料層１５に接するように構成することによって、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂを適切に面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するものとして形成できるためである。すなわち、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂが面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向するものとして形成されていると、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの磁歪定数λｓを小さくすることができる。
【０１２２】
また、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１が１０Å以上３０Å以下であることが好ましい。ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１を前記範囲内とすると、磁歪定数λｓを小さくすることができ、実用的使用に適切なものとすることができる。
【０１２３】
Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの膜厚ｔ２は４０Å以上８０Å以下であることが好ましい。Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの膜厚ｔ２が４０Å以上であるとＣｏ２ＭｎＺ合金層１６ａの結晶性、規則性が向上するので好ましい。
【０１２４】
なお、図１ないし図３に示す前記磁気検出素子Ｈ１、Ｈ２およびＨ３では、固定磁性層１４、３１、３２の磁化方向を反強磁性層１３との界面での交換結合磁界によって固定していた。しかし、固定磁性層１４、３１、３２に反強磁性層１３が重ねられず、固定磁性層１４、３１、３２自身の一軸異方性によって固定磁性層１４、３１、３２の磁化方向が固定される自己ピン止め構造の固定磁性層であってもよい。
【実施例１】
【０１２５】
フリー磁性層１６を構成するＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの組成範囲および膜厚を異ならせたデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を形成し、これらの磁気検出素子の磁歪定数λｓを調べた。
【０１２６】
実験に用いたデュアルスピンバルブ型磁気検出素子の膜構成を以下に示す。なお、括弧内の数字は膜厚である。
【０１２７】
基板／Ｔａ（３０Å）／ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／ＩｒＭｎ（７０Å）／Ｃｏ７０Ｆｅ３０（３０Å）／Ｒｕ（９．１Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／ＣｏＭｎＧｅ（４０Å）／Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（Ｃｏ７０Ｆｅ３０（ＸÅ）／ＣｏＭｎＧｅ（５０Å））／Ｃｕ（４３Å）／ＣｏＭｎＧｅ（５０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｒｕ（９．１Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（３０Å）／ＩｒＭｎ（７０Å）／Ｔａ（３０Å）
【０１２８】
前記のように、フリー磁性層１６は、Ｃｏ７０Ｆｅ３０（ＸÅ）合金層１６ｂの上に、前記Ｃｏ２ＭｎＺ合金層１６ａとしてＣｏＭｎＧｅ（５０Å）を積層したものを使用した。
【０１２９】
ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚と磁歪定数λｓとの関係を図４に示す。
図４に示すように、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂのＣｏの組成比率（ａｔ％）が７６％以上であると、磁歪定数λｓを１５（ｐｐｍ）以下と小さくすることができ、実用的に使用することができることが判る。
【０１３０】
また、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂのＣｏの組成比率（ａｔ％）が９０％以下であると、磁歪定数λｓを確実に１５（ｐｐｍ）以下と小さくすることができ、実用的に使用することができることが判る。
【０１３１】
また、ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層１６ｂの膜厚ｔ１が１０Å以上３０Å以下であると、磁歪定数λｓを１５（ｐｐｍ）以下と小さくすることができ、実用的に使用することができることが判る。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】図１ないし図３に示すＣｏａＦｅ１００−ａ合金層の膜厚と磁歪定数λｓとの関係を示すグラフ、
【図５】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
【０１３３】
１１  下地層
１２  シード層
１３  反強磁性層
１４、３１、３２  固定磁性層
１５  非磁性材料層
１６  フリー磁性層
１６ａ  Ｃｏ２ＭｎＺ合金層
１６ｂ  ＣｏａＦｅ１００−ａ合金層
１７  保護層
１８  ハードバイアス層
１９  絶縁層
２０  電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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