(57)【要約】【課題】低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることによって、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる磁気検出素子を提供する。【解決手段】人工フェリ構造を有する固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａを、βが正の値である磁性材料によって形成し、第２の磁性層２６ｃをβが負の値である磁性材料によって形成する。ここで、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である。なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、βが正の値である磁性材料からなる第１の磁性層と、βが負の値である磁性材料からなる第２の磁性層が、非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とする磁気検出素子。
ただし、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である（なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である）。
【請求項２】
前記フリー磁性層は、βが正の値である磁性材料からなる層を有している請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記フリー磁性層は、βが負の値である磁性材料からなる層を有している請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項４】
前記固定磁性層を構成している磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層を形成する磁性材料のβの正負の値は、前記フリー磁性層の材料を形成する磁性材料のβの正負の値と同じである請求項２または３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記第１の磁性層と前記非磁性中間層の界面、及び／又は前記第２の磁性層と前記非磁性中間層の界面におけるγの正負の符号が、その界面に接している磁性層のβの正負の符号と等しい請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
ただし、γは、ｒ↓／ｒ↑＝（１＋γ）／（１−γ）（−１≦γ≦１）の関係式を満たす界面に固有の値である（なお、ｒ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する界面抵抗値であり、ｒ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する界面抵抗値である）。
【請求項６】
絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
ＮｉＸ合金（ただし、ＸはＣｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆから選ばれる１種の元素である）、ＦｅＺ合金（ただし、ＺはＮｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏ−Ｍｎ−Ｄ合金（ただし、ＤはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選ばれる１種の元素である）をＡ群に属する合金とし、ＮｉＭ合金（ただし、ＭはＣｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＱ合金（ただし、ＱはＭｎ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗから選ばれる１種の元素である）、またはＦｅＡ合金（ただし、ＡはＭｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗから選ばれる１種の元素である）をＢ群に属する合金としたときに、
前記固定磁性層は、前記Ａ群に属する磁性材料からなる第１の磁性層と、前記Ｂ群に属する磁性材料からなる第２の磁性層が、非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項７】
前記フリー磁性層は、前記Ａ群に属する磁性材料からなる層を有している請求項６記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記固定磁性層を構成する磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層が前記Ａ群に属する磁性材料からなる層を有している請求項７記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記フリー磁性層は、前記Ｂ群に属する磁性材料からなる層を有している請求項６記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記固定磁性層を構成する磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層が前記Ｂ群に属する磁性材料からなる層を有している請求項９記載の磁気検出素子。
【請求項１１】
前記固定磁性層を構成する第１の磁性層と第２の磁性層の間に形成される前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓから選ばれる１種あるいは２種以上からなる非磁性材料によって形成される請求項６ないし１０のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、第１の磁性層と、前記第１の磁性層を形成する磁性材料の比抵抗より高い比抵抗の磁性材料からなる第２の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項１３】
絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、第１の磁性層と、前記第１の磁性層を形成する磁性材料のβの絶対値の大きさよりβの絶対値が小さい磁性材料からなる第２の磁性層が、非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とする磁気検出素子。
ただし、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である（なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である）。
【請求項１４】
前記第１の磁性層はＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金からなる層を有し、前記第２の磁性層はＮｉＦｅＸ合金（ただし、ＸはＮｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｓｂから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏＦｅＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）からなる層を有している請求項１２または１３に記載の磁気検出素子。
【請求項１５】
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間にスペキュラー層が形成されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１６】
前記第１の磁性層の前記非磁性中間層と接する面と反対側の面、及び／または、前記第２の磁性層の前記非磁性中間層と接する面と反対側の面に接してスペキュラー層が形成されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリー磁性層の側端面に非磁性材料層を介して隣接する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子に係り、特に抵抗変化率ΔＲ／Ｒの向上を効果的に図ることが可能な磁気検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、記録媒体の線記録密度の向上に伴って、再生用の磁気検出素子の上下に形成される磁性材料製のシールド間距離で規定されるギャップ長を短くすることが要求されている。
【０００３】
磁気記録媒体からの信号磁界を読み取る再生用磁気ヘッドのこれまでの主流は、強磁性材料を用いて薄膜形成されたフリー磁性層と固定磁性層が非磁性材料層を介して膜面垂直方向に積層されたスピンパルブＧＭＲ磁気検出素子であった。しかし、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層を膜面垂直方向に積層していく方式では、ギャップ長の狭小化を進めることが困難になってきた。
【０００４】
そこで、図１２に示されるように、フリー磁性層の側端面に非磁性材料層を介して隣接する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子が提案された。
【０００５】
図１２は従来の磁気検出素子を記録媒体の対向面側からみた部分断面図である。
【０００６】
図１２に示される磁気検出素子では、磁製材料製の下部シールド層１の上に絶縁材料製のギャップ層２、下地層３を介してＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなるフリー磁性層４が略台形状に形成されている。フリー磁性層４の側端面４ａ，４ａ上からフリー磁性層４の両側の下部ギャップ層２上にかけて、非磁性材料層５が形成されている。非磁性材料層５に接してＮｉＦｅなどの軟磁性材料からなる固定磁性層６が形成されている。固定磁性層６の上には反強磁性層７が積層されており、固定磁性層６と反強磁性層７の界面に交換結合磁界が発生して固定磁性層６の磁化方向が図示Ｙ方向と反平行方向に固定されている。フリー磁性層４と反強磁性層７の上には、絶縁材料製の上部ギャップ層８及び磁性材料製の上部シールド層９が形成されている。
【０００７】
センス電流は固定磁性層６、非磁性材料層５、フリー磁性層４の内部を図示Ｘ方向に流れている。すなわちフリー磁性層４と非磁性材料層５との界面及び固定磁性層６と非磁性材料層５との界面に交差する方向にセンス電流が流されている。フリー磁性層４は図示Ｘ方向に単磁区化されており、外部磁界が図示Ｙ方向に印加されると、フリー磁性層４の磁化方向が図示Ｙ方向に向かって回転する。固定磁性層６の磁化方向が図示Ｙ方向と反平行方向に固定された状態で、フリー磁性層４の磁化方向が回転すると磁気検出素子の抵抗値が変化する。この磁気検出素子の抵抗値の変化を電流変化または電圧変化として取り出すことにより、外部磁界を検出する。
【０００８】
このような構造の磁気検出素子は、例えば特許文献１、特許文献２、または特許文献３に記載されている。なお、特許文献１に記載されているのは、スピンバルブＧＭＲ型磁気抵抗効果素子であり、特許文献２及び特許文献３に記載されているのはスピンバルブトンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ）である。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第６，３９６，６６８Ｂ１号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，４１１，４７８Ｂ１号明細書
【特許文献３】
特開２００１−３１９３１３号公報（第６頁、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示される構造の磁気検出素子は、フリー磁性層４と非磁性材料層５との界面及び固定磁性層６と非磁性材料層５との界面に交差する方向にセンス電流が流れる。従って、図に示される磁気検出素子の外部磁界による抵抗値の変化は、フリー磁性層４内部及び固定磁性層６内部におけるセンス電流電子のバルク散乱に主に由来していると考えられる。このため、フリー磁性層と非磁性材料層の界面または固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるセンス電流の散乱に由来した磁気抵抗効果に基づく、磁気検出素子よりも大きな抵抗変化ΔＲを得ることができる。
【００１１】
また、伝導電子のスピン依存性バルク散乱を利用する磁気検出素子は、磁界を検出するために、素子自体の抵抗値Ｒをある程度以上大きくする必要がある。図１２に示される形状の磁気検出素子では、センス電流が、フリー磁性層４の側端面４ａと非磁性材料層５との界面及び固定磁性層６の内側面６ａと非磁性材料層５との界面に交差する方向に流されるため、センス電流経路の断面積を小さくできる。従って、フリー磁性層４、非磁性材料層５、固定磁性層６の膜面垂直方向にセンス電流が流される磁気検出素子に比べて、磁気検出素子の抵抗値Ｒを大きくすることができる。
【００１２】
また、フリー磁性層４、非磁性材料層５、固定磁性層６の膜面垂直方向にセンス電流が流される磁気検出素子は、充分な磁気抵抗変化を得るために、各磁性層の膜厚を大きくする必要がある。しかし、図１２に示される形状の磁気検出素子は、膜面平行方向に電流が流れるものであり、磁気検出素子の膜面平行方向寸法は膜厚寸法よりも大きいので、磁気抵抗変化を大きくすることが容易である。
【００１３】
しかも、磁界を検出する部位であるフリー磁性層４の下または上に固定磁性層６が積層されていないため、フリー磁性層４の上と下のシールド間距離を小さくすることができ、狭ギャップ化を促進できる。
【００１４】
ここで、図１３に示されるように、固定磁性層１４を、軟磁性材料からなる磁性層１１及び磁性層１３が、非磁性中間層１２を介して積層された人工フェリ構造にすると、固定磁性層の磁化を強固に固定できる。従って、磁気検出出力を大きくでき、また出力の対称性の向上を図ることができる。従来の磁気検出素子では、固定磁性層１４の磁性層１１及び磁性層１３は、両方ともＮｉＦｅやＣｏＦｅを用いて形成されている。非磁性中間層１２はＲｕによって形成されている。
【００１５】
しかし、図１３に示された磁気検出素子には以下に示すような問題が生じる。
図１３に示された磁気検出素子では、フリー磁性層４の磁化は図示Ｘ方向に単磁区化されている。
【００１６】
固定磁性層１４の磁性層１１の磁化は、反強磁性層７との間の交換結合磁界によって、図示Ｙ方向と反平行方向に固定されており、磁性層１３の磁化は非磁性中間層１２を介したＲＫＫＹ相互作用によって、図示Ｙ方向に揃えられている。また、固定磁性層１４の磁性層１３と磁性層１１のうち、磁性層１３の単位面積あたりの実効的な磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積）が磁性層１１の単位面積あたりの実効的な磁気モーメントより大きくなっている。
【００１７】
図１３に示される磁気検出素子に、例えば図示Ｙ方向の外部信号磁界が印加されると、フリー磁性層４の磁化が図示Ｙ方向に回転する。このとき、フリー磁性層４の磁化方向と磁性層１１の磁化方向は反平行に近づくため、磁性層１１から非磁性材料層５を介してフリー磁性層４内を流れる電流に対する電気抵抗値は増大する。
【００１８】
しかし、フリー磁性層４が図示Ｙ方向に回転するとき、フリー磁性層４の磁化方向と磁性層１３の磁化方向は平行に近づく。従って、磁性層１３内から非磁性材料層５を介してフリー磁性層４内を流れる電流に対する電気抵抗値は減少する。
【００１９】
すなわち、図１３に示される磁気検出素子では、磁性層１１から非磁性材料層５を介してフリー磁性層４内を流れる電流に対する電気抵抗値の増大分が、磁性層１３内から非磁性材料層５を介してフリー磁性層４内を流れる電流に対する電気抵抗値の減少分によって相殺されてしまい、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲが小さくなってしまう。
【００２０】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることによって、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる磁気検出素子を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、βが正の値である磁性材料からなる第１の磁性層と、βが負の値である磁性材料からなる第２の磁性層が、非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とするものである。
【００２２】
ただし、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である（なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である）。
【００２３】
磁性材料に電流を流すと、この磁性材料中では、マジョーリティの伝導電子に対する比抵抗とマイノリティの伝導電子に対する比抵抗が異なる値になる。
【００２４】
磁性材料を構成する磁性原子は、主に３ｄ軌道または４ｆ軌道の電子の軌道磁気モーメント及びスピン磁気モーメントによって、その磁気モーメントが規定される。磁性原子の３ｄ軌道または４ｆ軌道に存在する電子は、基本的にアップスピンとダウンスピンの数が異なっている。この３ｄ軌道または４ｆ軌道に存在するアップスピンの電子とダウンスピンの電子のうち数が多い方の電子のスピンをマジョーリティスピンといい、少ない方の電子のスピンをマイノリティスピンという。
【００２５】
一方、磁性材料を流れる電流中には、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子がほぼ同数含まれている。アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子のうち、磁性材料のマジョーリティスピンと同じスピンを有する方をマジョーリティの伝導電子といい、磁性材料のマイノリティスピンと同じスピンを有する方をマイノリティの伝導電子という。
【００２６】
ここでρ↓をマイノリティの伝導電子に対する磁性材料の比抵抗値とし、ρ↑をマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値とすると以下に示す関係式によって、磁性材料に固有の値βを定義できる。
【００２７】
ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）
すなわち、磁性材料のβの値が正（β＞０）のとき、ρ↓＞ρ↑となり、磁性材料中を流れやすいのはマジョーリティの伝導電子の方になる。一方、磁性材料のβの値が負（β＜０）のとき、ρ↓＜ρ↑となり、磁性材料中を流れやすいのはマイノリティの伝導電子の方になる。
【００２８】
磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大きくするためには、磁気検出素子に外部磁界が印加されていない状態のときに、全ての磁性層においてアップスピンの伝導電子に対する抵抗値がダウンスピンの伝導電子に対する抵抗値よりも小さいことが好ましい。或いは、全ての磁性層においてダウンスピンの伝導電子に対する抵抗値がアップスピンの伝導電子に対する抵抗値よりも小さいことが好ましい。
【００２９】
本発明では、人工フェリ構造を有している前記固定磁性層が、βが正の値である磁性材料からなる第１の磁性層とβが負の値である磁性材料からなる第２の磁性層を有している。そして、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層は、非磁性中間層を介したＲＫＫＹ相互作用によって、磁化が互いに反平行方向を向いた状態になっている。
【００３０】
前記第１の磁性層にはマジョーリティの伝導電子が流れやすく、前記第２の磁性層にはマイノリティの伝導電子が流れやすい。前記第１の磁性層のマジョーリティの伝導電子がアップスピン電子のとき、磁化方向が第１の磁性層と逆向きである前記第２の磁性層のマイノリティの伝導電子もアップスピン電子になる。すなわち、外部磁界が印加されない状態のとき、第１の磁性層、第２の磁性層ともにアップスピン電子が流れやすい状態になっている。
【００３１】
外部磁界が印加されると、前記第１の磁性層の前記フリー磁性層に対する相対的な磁化方向と、前記第２の磁性層の前記フリー磁性層に対する相対的な磁化方向は相異なる状態になる。しかし、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の両方とも、アップスピン電子が流れにくい状態になる。
【００３２】
すなわち、前記第１の磁性層から非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値及び、前記第２の磁性層から非磁性材料層を介して前記フリー磁性層に流れる電流に対する電気抵抗値の両方とも増加する。
【００３３】
このように、本発明の磁気検出素子であれば、前記固定磁性層が人工フェリ構造を有していても、低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることができ、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００３４】
なお、前記フリー磁性層は、βが正の値である磁性材料からなる層を有するものであっても、βが負の値である磁性材料からなる層を有するものであってもよい。
【００３５】
ただし、前記固定磁性層を構成している磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層を形成する磁性材料のβの正負の値を、前記フリー磁性層の材料を形成する磁性材料のβの正負の値と同じにすると、低抵抗状態において伝導電子をより流れやすくでき、抵抗変化ΔＲを大きくすることができるので好ましい。
【００３６】
また、磁性材料からなる磁性層に非磁性材料からなる非磁性層が積層されると、磁性層と非磁性層の界面に界面抵抗が発生する。
【００３７】
この界面抵抗も、マジョーリティの伝導電子に対する値とマイノリティの伝導電子に対する値が異なる。
【００３８】
ｒ↓をマイノリティの伝導電子に対する界面抵抗値とし、ｒ↑を伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する界面抵抗値とすると以下に示す関係式によって、磁性材料と非磁性材料の組み合わせに固有の値γを定義できる。
【００３９】
ｒ↓／ｒ↑＝（１＋γ）／（１−γ）（−１≦γ≦１）
すなわち、γの値が正（γ＞０）のとき、ｒ↓＞ｒ↑となり、界面を流れやすいのはマジョーリティの伝導電子の方になる。一方、γの値が負（γ＜０）のとき、ｒ↓＜ｒ↑となり、界面を流れやすいのはマイノリティの伝導電子の方になる。
【００４０】
本発明では、前記第１の磁性層と前記非磁性中間層の界面、及び／又は前記第２の磁性層と前記非磁性中間層の界面におけるγの正負の符号を、その界面に接している磁性層のβの正負の符号と等しくすることにより、低抵抗状態において伝導電子をより流れやすくでき、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００４１】
また、本発明の磁気検出素子は、絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
ＮｉＸ合金（ただし、ＸはＣｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆから選ばれる１種の元素である）、ＦｅＺ合金（ただし、ＺはＮｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏ−Ｍｎ−Ｄ合金（ただし、ＤはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選ばれる１種の元素である）をＡ群に属する合金とし、ＮｉＭ合金（ただし、ＭはＣｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＱ合金（ただし、ＱはＭｎ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗから選ばれる１種の元素である）、またはＦｅＡ合金（ただし、ＡはＭｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗから選ばれる１種の元素である）をＢ群に属する合金としたときに、
前記固定磁性層は、前記Ａ群に属する磁性材料からなる第１の磁性層と、前記Ｂ群に属する磁性材料からなる第２の磁性層が、非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とするものである。
【００４２】
本発明のように、各磁性層を形成する磁性材料を規定すると、前記固定磁性層の第１の磁性層は、βが正の値である磁性材料からなる層を有するものとなり、第２の磁性層はβが負の値である磁性材料からなる層を有するものになる。そして、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層は、非磁性中間層を介したＲＫＫＹ相互作用によって、磁化が互いに反平行方向を向いた状態になっている。
【００４３】
従って、前記第１の磁性層にはマジョーリティの伝導電子が流れやすく、前記第２の磁性層にはマイノリティの伝導電子が流れやすくなっている。前記第１の磁性層のマジョーリティの伝導電子がアップスピン電子のとき、磁化方向が第１の磁性層と逆向きである前記第２の磁性層のマイノリティの伝導電子もアップスピン電子になる。すなわち、外部磁界が印加されない状態のとき、第１の磁性層、第２の磁性層ともにアップスピン電子が流れやすい状態になっている。
【００４４】
外部磁界が印加されると、前記第１の磁性層の前記フリー磁性層に対する相対的な磁化方向と、前記第２の磁性層の前記フリー磁性層に対する相対的な磁化方向は相異なる状態になる。しかし、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層の両方とも、アップスピン電子が流れにくい状態になる。
【００４５】
すなわち、前記第１の磁性層から非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値及び、前記第２の磁性層から非磁性材料層を介して前記フリー磁性層に流れる電流に対する電気抵抗値の両方とも増加する。
【００４６】
このように、本発明の磁気検出素子であれば、低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることによって、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００４７】
なお、前記フリー磁性層は、前記Ａ群に属する磁性材料からなる層を有するものであってもよいし、前記Ｂ群に属する磁性材料からなる層を有するものであってもよい。
【００４８】
ただし、低抵抗状態において伝導電子をより流れやすくし、抵抗変化ΔＲを大きくするために、前記フリー磁性層が前記Ａ群に属する磁性材料からなる層を有するときには、前記固定磁性層を構成する磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層が前記Ａ群に属する磁性材料からなる層を有することが好ましい。また、前記フリー磁性層が前記Ｂ群に属する磁性材料からなる層を有するときには、前記固定磁性層を構成する磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層が前記Ｂ群に属する磁性材料からなる層を有することが好ましい。
【００４９】
また、前記固定磁性層を構成する第１の磁性層と第２の磁性層の間に形成される前記非磁性中間層が、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓから選ばれる１種あるいは２種以上からなる非磁性材料によって形成されると、前記第２の磁性層と前記非磁性中間層の界面におけるγの正負の符号を、その界面に接している磁性層のβの正負の符号と等しくすることができ、低抵抗状態において伝導電子をより流れやすくでき、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００５０】
また、本発明は、絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、第１の磁性層と、前記第１の磁性層を形成する磁性材料の比抵抗より高い比抵抗の磁性材料からなる第２の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とするものである。
【００５１】
本発明では、前記第１の磁性層の磁化と反平行方向に磁化している前記第２の磁性層の比抵抗が高くなり、センス電流の伝導電子が流れにくくなっている。
【００５２】
従って、前記第１の磁性層から前記非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分が、前記第２の磁性層内から前記非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分によって相殺されることを抑制できる。従って、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００５３】
または、本発明は、絶縁材料からなる下部ギャップ層上に形成されたフリー磁性層の側端面に、非磁性材料層を介して対向する固定磁性層を有し、前記フリー磁性層と前記非磁性材料層との界面及び前記固定磁性層と前記非磁性材料層との界面に交差する方向にセンス電流が流される磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、第１の磁性層と、前記第１の磁性層を形成する磁性材料のβの絶対値の大きさよりβの絶対値が小さい磁性材料からなる第２の磁性層が、非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造を有していることを特徴とするものである。
【００５４】
ただし、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である（なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である）。
【００５５】
本発明では、例えばβ＞０のとき、前記第１の磁性層の磁化と反平行方向に磁化している前記第２の磁性層のマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗が前記第１の磁性層の比抵抗より高くなり、センス電流の伝導電子が流れにくくなっている。
【００５６】
従って、前記第１の磁性層から前記非磁性材料層を介して前記第フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分が、前記第２の磁性層内から前記非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分によって相殺されることを抑制できる。従って、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００５７】
前記第１の磁性層は、例えば、ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金をからなる層を有し、前記第２の磁性層は、例えばＮｉＦｅＸ合金（ただし、ＸはＮｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｓｂから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏＦｅＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）からなる層を有している。
【００５８】
また、本発明の磁気検出素子では、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に、伝導電子のスピン方向を維持したまま、前記伝導電子を反射するスペキュラー層が形成されていることが好ましい。
【００５９】
あるいは、前記第１の磁性層の前記非磁性中間層と接する面と反対側の面、及び／または、前記第２の磁性層の前記非磁性中間層と接する面と反対側の面に接してスペキュラー層が形成されていることが好ましい。
【００６０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明における磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００６１】
符号２０はＮｉＦｅなどの磁性材料製の下部シールド層である。下部シールド層２０上には、アルミナなどの絶縁性材料によって下部ギャップ層２１が形成されている。
【００６２】
下部ギャップ層２１上には、ＣｒまたはＴａからなる下地層２２を介してフリー磁性層２３が略台形状に形成されている。フリー磁性層２３の図示Ｘ方向の幅寸法（トラック幅方向寸法）によって磁気検出素子のトラック幅が規定される。本実施の形態の磁気検出素子のトラック幅は０．１μｍ以下である。
【００６３】
図１に示される磁気検出素子では、フリー磁性層２３の側端面２３ａ上から、フリー磁性層２３の両側領域の下部ギャップ層２１上にかけて、Ｃｕからなる非磁性材料層２５が形成されている。そして、非磁性材料層２５に接して軟磁性材料からなる固定磁性層２６が形成されている。すなわち、フリー磁性層２３と固定磁性層２６は非磁性材料層２５の介在部２５ａを介して対向している。
【００６４】
固定磁性層２６は、軟磁性材料からなる第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃが、非磁性中間層２６ｂを介して積層されている人工フェリ構造を有している。
【００６５】
固定磁性層２６の上には反強磁性層２７が積層されており、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａと反強磁性層２７の界面に交換結合磁界が発生して第１の磁性層２６ａの磁化方向が図示Ｙ方向と反平行方向に固定されている。そして、固定磁性層２６の第２の磁性層２６ｃと第１の磁性層２６ａ間の非磁性中間層２６ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって、第２の磁性層２６ｃの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【００６６】
非磁性材料層２５は、フリー磁性層２３の側端面２３ａと固定磁性層２６の内側面２６ｄの間に位置する介在部２５ａと固定磁性層２６の下面２６ｅと下部ギャップ層２１の間に位置する延出部２５ｂからなる。介在部２５ａと延出部２５ｂのうち、磁気抵抗効果に寄与するのは介在部２５ａのみである。センス電流のシャントロスを低減させるためには、延出部２５ｂの膜厚が介在部２５ａの膜厚より薄いことが好ましい。また、延出部２５ｂが除去されて存在していない構造であるとより好ましい。
【００６７】
図１に示される磁気検出素子では、固定磁性層２６と反強磁性層２７の両外側部にフリー磁性層２３に縦バイアス磁界を供給するハードバイアス層２９が、Ｃｒからなるバイアス下地層２８を介して形成されている。ハードバイアス層２９はＣｏＰｔによって形成されている。ハードバイアス層２９の上には、Ｔａからなる電極下地層３０を介してＣｒからなる電極層３１が積層されている。
【００６８】
フリー磁性層２３の上には、Ｔａからなる保護層２４が積層されている。保護層２４、反強磁性層２７、電極層３１の上には、アルミナなどの絶縁材料製の上部ギャップ層３２及びＮｉＦｅなどの磁性材料製の上部シールド層３３が形成されている。
【００６９】
反強磁性層２７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）合金で形成される。
【００７０】
ここで、反強磁性層２７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。
【００７１】
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。
【００７２】
反強磁性層２７として、これらの合金を使用し、これを熱処理することにより、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２７の交換結合膜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、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２７及び固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａからなる交換結合膜を得ることができる。
【００７３】
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。反強磁性層２７の膜厚は、８０〜３００Åである。
【００７４】
電極層３１，３１から供給されるセンス電流は、固定磁性層２６、非磁性材料層２５の介在部２５ａ、フリー磁性層２３の内部を図示Ｘ方向に流れる。すなわちフリー磁性層２３と非磁性材料層２５との界面及び固定磁性層２６と非磁性材料層２５との界面に交差する方向にセンス電流が流れる。
【００７５】
磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲを大きくするためには、固定磁性層の膜面平行方向の幅寸法は、磁気抵抗変化に寄与する方向のスピンを有する電子（アップスピンの電子とダウンスピンの電子のうち、低抵抗状態における平均自由行程が長い方の電子）のスピン拡散長（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）より大きいことが好ましい。スピン拡散長とは固定磁性層内を流れる電子が、スピンを変えずに移動できる距離である。
【００７６】
また、磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲを大きくするためには、固定磁性層の膜厚を電子の平均自由行程よりも大きくすることが好ましい。平均自由行程とは電子が固定磁性層内を散乱されずに移動できる距離であり、一般的にはスピン拡散長は平均自由行程よりも大きい。これは、伝導電子が散乱されるときに、スピン反転が発生しないこともあることによる。
【００７７】
固定磁性層の膜厚が電子の平均自由行程より大きいと低抵抗状態における例えばアップスピン電子の平均自由行程が大きくなり、ダウンスピン電子の平均自由行程との差が大きくなる。すなわち、磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲが大きくなる。
【００７８】
しかし、固定磁性層の膜厚を大きくすると、磁気的膜厚（単位面積あたりの磁気モーメントＭｓ×ｔ（フリー磁性層の飽和磁化Ｍｓと膜厚ｔの積））が大きくなるため、反強磁性層と固定磁性層との間の交換結合磁界が小さくなる。すなわち、固定磁性層の磁化方向が変動しやすくなって、サイドリーディングの発生、出力の対称性の劣化、磁気検出出力の低下といった問題が生じる。
【００７９】
ここで、本実施の形態のように、固定磁性層２６が、軟磁性材料からなる第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃとが非磁性中間層２６ｂを介して積層された人工フェリ構造であると、第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃ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２６の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。従って、第１の磁性層２６ａの膜厚と第２の磁性層２６ｃの膜厚の双方を、それぞれの層の平均自由行程より大きくしても固定磁性層２６の磁化方向を一定方向に強力に固定することができ、サイドリーディングの抑制、出力の対称性の向上、磁気検出出力の向上を図ることができる。なお、第１の磁性層２６ａの磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ）の大きさは、第２の磁性層２６ｃの磁気的膜厚（Ｍｓ×ｔ）の大きさより大きくても、小さくてもよい。第１の磁性層２６ａの膜厚と第２の磁性層２６ｃの膜厚は、例えば３０〜１００オングストロームである。
【００８０】
外部磁界が図示Ｙ方向に印加されると、フリー磁性層２３の磁化が図示Ｙ方向に回転する。このとき、フリー磁性層２３の磁化と固定磁性層の第１の磁性層２６ａの磁化方向は反平行に近づき、フリー磁性層２３の磁化と固定磁性層の第２の磁性層２６ｃの磁化方向は平行に近づく。固定磁性層２６の磁化方向とフリー磁性層２３の磁化方向の相対角度が変化すると、磁気検出素子の抵抗値が変化する。この磁気検出素子の抵抗値の変化を電流変化または電圧変化として取り出すことにより、外部磁界を検出する。
【００８１】
本実施の形態の磁気検出素子は、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａ、第２の磁性層２６ｃ並びに非磁性中間層２６ｂの材料に特徴を有している。
【００８２】
ＮｉＸ合金（ただし、ＸはＣｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆから選ばれる１種の元素である）、ＦｅＺ合金（ただし、ＺはＮｉ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏ−Ｍｎ−Ｄ合金（ただし、ＤはＡｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選ばれる１種の元素である）をＡ群に属する合金とし、ＮｉＭ合金（ただし、ＭはＣｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗ、Ｔａから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＱ合金（ただし、ＱはＭｎ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗから選ばれる１種の元素である）、またはＦｅＡ合金（ただし、ＡはＭｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｗから選ばれる１種の元素である）をＢ群に属する合金とする。
【００８３】
このとき、第１の磁性層２６ａを前記Ａ群に属する合金によって形成し、第２の磁性層２６ｃを前記Ｂ群に属する合金によって形成している。
【００８４】
前記Ａ群に属する合金は、βが正の値である磁性材料であり、前記Ｂ群に属する合金は、βが負の値である磁性材料である。ただし、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である（なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である）。
【００８５】
本実施の形態では、人工フェリ構造を有している固定磁性層２６は、βが正の値である磁性材料からなる第１の磁性層２６ａとβが負の値である磁性材料からなる第２の磁性層２６ｃを有している。そして、第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃは、非磁性中間層２６ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって、磁化が互いに反平行方向を向いた状態になっている。
【００８６】
非磁性中間層２６ｂの膜厚を、材料に特有の所定の膜厚にすることによって、第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃの磁化を互いに反平行方向にすることができる。例えば、非磁性中間層２６ｂがＲｕによって形成されているとき、非磁性中間層２６ｂの膜厚が３Å〜１０Åであると、第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃ磁化が互いに反平行方向を向いた状態になる。
【００８７】
第１の磁性層２６ａにはマジョーリティの伝導電子が流れやすく、第２の磁性層２６ｃにはマイノリティの伝導電子が流れやすい。第１の磁性層２６ａのマジョーリティの伝導電子がアップスピン電子のとき、磁化方向が第１の磁性層２６ａと逆向きである第２の磁性層２６ｃのマイノリティの伝導電子もアップスピン電子になる。すなわち、外部磁界が印加されない状態のとき、第１の磁性層２６ａ、第２の磁性層２６ｃともにアップスピン電子が流れやすい状態になっている。
【００８８】
外部磁界が印加されると、第１の磁性層２６ａのフリー磁性層２３に対する相対的な磁化方向と、第２の磁性層２６ｃのフリー磁性層２３に対する相対的な磁化方向は相反する状態になる。しかし、第１の磁性層２６ａ及び第２の磁性層２６ｃの両方とも、アップスピン電子が流れにくい状態になる。
【００８９】
すなわち、第１の磁性層２６ａから非磁性材料層２５を介してフリー磁性層２３内を流れる電流に対する電気抵抗値、及び第２の磁性層２６ｃから非磁性材料層２５を介してフリー磁性層２３に流れる電流に対する電気抵抗値の両方とも増加する。
【００９０】
このように、固定磁性層２６が人工フェリ構造であっても、低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることによって、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【００９１】
なお、フリー磁性層２３は、βが正の値である磁性材料からなる層を有するものであっても、βが負の値である磁性材料からなる層を有するものであってもよい。
【００９２】
ただし、固定磁性層２６を構成する磁性層のうち、膜厚の最も大きい磁性層である第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料のβの正負の値を、フリー磁性層２３を形成する磁性材料のβの正負の値と同じにすると、低抵抗状態において伝導電子をより流れやすくでき、抵抗変化ΔＲを大きくすることができるので好ましい。
【００９３】
また、磁性材料からなる磁性層に非磁性材料からなる非磁性層が積層されると、磁性層と非磁性層の界面に界面抵抗が発生する。
【００９４】
この界面抵抗も、マジョーリティの伝導電子に対する値とマイノリティの伝導電子に対する値が異なる。
【００９５】
ｒ↓をマイノリティの伝導電子に対する界面抵抗値とし、ｒ↑を伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する界面抵抗値とすると以下に示す関係式によって、磁性材料と非磁性材料の組み合わせに固有の値γを定義できる。
【００９６】
ｒ↓／ｒ↑＝（１＋γ）／（１−γ）（−１≦γ≦１）
すなわち、γの値が正（γ＞０）のとき、ｒ↓＞ｒ↑となり、界面を流れやすいのはマジョーリティの伝導電子の方になる。一方、γの値が負（γ＜０）のとき、ｒ↓＜ｒ↑となり、界面を流れやすいのはマイノリティの伝導電子の方になる。
【００９７】
本実施の形態では、第２の磁性層２６ｃと非磁性中間層２６ｂの界面におけるγの正負の符号を、第２の磁性層２６ｃのβの正負の符号と等しくすることにより、低抵抗状態において伝導電子をより流れやすくさせ、抵抗変化ΔＲを大きくさせている。
【００９８】
本実施の形態では、第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料のβは負の値である。そして、非磁性中間層２６ｂをＲｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓから選ばれる１種あるいは２種以上からなる非磁性材料によって形成することによって、第２の磁性層２６ｃと非磁性中間層２６ｂの界面におけるγを負の値にしている。
【００９９】
なお、非磁性中間層２６ｂを、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓから選ばれる１種あるいは２種以上からなる非磁性材料からなる下層とＣｕからなる上層の積層構造にすることにより、第１の磁性層２６ａと非磁性中間層２６ｂの界面におけるγを正の値にし、第２の磁性層２６ｃと非磁性中間層２６ｂの界面におけるγを負の値にすることができる。
【０１００】
本実施の形態における、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａ及び第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料のβの正負と磁化方向、フリー磁性層２３を形成する磁性材料のβの正負と磁化方向の関係を図７に模式的に示す。
【０１０１】
また、図８に模式的に示すように、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａの上に第２の磁性層２６ｃを積層してもよい。このときは、第２の磁性層２６ｃが反強磁性層に接する。そして、フリー磁性層２３を前記Ｂ群に属する合金によって形成してもよい。このとき、固定磁性層２６の第２の磁性層２６ｃ、フリー磁性層２３を形成する磁性材料のβは負の値をとり、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料のβは正の値をとる。なお、図８においても、各磁性層の磁化方向を矢印によって示している。
【０１０２】
あるいは、図９に示されるように、固定磁性層２６が第１の磁性層２６ａ、非磁性中間層２６ｂ、第２の磁性層２６ｃ、非磁性中間層２６ｆ、及び第３の磁性層２６ｇが順に積層された人工フェリ構造を有するものであってもよい。
【０１０３】
それぞれの磁性層の磁気的膜厚は、第１の磁性層２６ａ、第２の磁性層２６ｃ、第３の磁性層２６ｇの順に小さくなっている。また、膜厚も第１の磁性層２６ａ、第２の磁性層２６ｃ、第３の磁性層２６ｇの順に小さくなっている。
【０１０４】
図９では、フリー磁性層２３を前記Ａ群に属する合金、すなわち、βが正の値をとる磁性材料によって形成している。そして、固定磁性層２６を構成する磁性層のうち、膜厚の最も厚い第１の磁性層２６ａをフリー磁性層２３と同じ前記Ａ群に属する合金によって形成し、第１の磁性層２６ａと非磁性中間層２６ｂを介して対向する第２の磁性層２６ｃを前記Ｂ群に属する合金（β＜０）によって形成している。さらに、第２の磁性層２６ｃと非磁性中間層２６ｆを介して対向する第３の磁性層２６ｇを前記Ａ群に属する合金（β＞０）によって形成している。なお、図９においても、各磁性層の磁化方向を矢印によって示している。
【０１０５】
図８または図９に示される磁性材料と磁化方向の組み合わせによっても、低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることによって、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【０１０６】
あるいは、固定磁性層２６の第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料の比抵抗を第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料の比抵抗より高くしてもよい。
【０１０７】
具体的には、第１の磁性層２６ａをＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金によって形成し、第２の磁性層２６ｃを、ＮｉＦｅＸ合金（ただし、ＸはＮｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｓｂから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏＦｅＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）によって形成する。
【０１０８】
第１の磁性層２６ａの磁化と反平行方向に磁化している第２の磁性層２６ｃの比抵抗が高くなり、センス電流の伝導電子が流れにくくなると、第１の磁性層２６ａから非磁性材料層２５を介してフリー磁性層２３内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分が、第２の磁性層２６ｃ内から非磁性材料層２５を介してフリー磁性層２３内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分によって相殺されることを抑制できる。従って、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【０１０９】
また、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料の比抵抗を第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料の比抵抗より高くしても同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
または、第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料のβの絶対値を、第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料のβの絶対値の大きさより小さくすることにより、第１の磁性層２６ａの磁化と反平行方向に磁化している第２の磁性層２６ｃのマイノリティまたはマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値を高くして、センス電流の伝導電子を流れにくくさせることができる。
【０１１１】
ここでも、βは、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）  （−１≦β≦１）の関係式を満たす磁性材料に固有の値である（なお、ρ↓は、伝導電子のうちマイノリティの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値である）。
【０１１２】
第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料のβの絶対値を、第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料のβの絶対値の大きさより小さくさせると、第１の磁性層２６ａから非磁性材料層２５を介してフリー磁性層２３内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分が、第２の磁性層２６ｃ内から非磁性材料層２５を介してフリー磁性層２３内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分によって相殺されることを抑制できる。従って、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【０１１３】
具体的には、第１の磁性層２６ａを、ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ合金によって形成し、第２の磁性層２６ｃをＮｉＦｅＸ合金（ただし、ＸはＮｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｓｂから選ばれる１種の元素である）、ＣｏＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）、またはＣｏＦｅＴ合金（ただし、Ｔは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒから選ばれる１種の元素である）によって形成すると、第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料のβの絶対値を、第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料のβの絶対値の大きさより小さくさせることができる。
【０１１４】
なお、第１の磁性層２６ａを形成する磁性材料のβの絶対値を、第２の磁性層２６ｃを形成する磁性材料のβの絶対値の大きさより小さくしても同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
また、上述した実施の形態では、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａや第２の磁性層２６ｃ、フリー磁性層２３を一層の磁性層として示したが、それぞれの磁性層に、βの正負の値が同じ磁性材料からなる他の磁性層を積層してもよい。
【０１１６】
なお、固定磁性層２６は、上記磁性材料によって形成された第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃが人工フェリ構造であればよく、例えば第１の磁性層２６ａと非磁性中間層２６ｂの間や第２の磁性層２６ｃと非磁性中間層２６ｂの間にＣｏＦｅ層を設けて第１の磁性層２６ａと第２の磁性層２６ｃ間のＲＫＫＹ相互作用を強くすることもできる。
【０１１７】
フリー磁性層２３に縦バイアス磁界を供給する方法について説明する。
図１に示される磁気検出素子では、固定磁性層２６，２６の両外側にＣｏ−Ｐｔからなるハードバイアス層２９、２９が配置され、このハードバイアス層２９、２９からフリー磁性層２３に図示Ｘ方向の縦バイアス磁界が印加されている。
【０１１８】
ハードバイアス層２９、２９は、バイアス下地層２８、２８上に形成されている。バイアス下地層２８，２８は、体心立方構造（ｂｃｃ）で且つ（１００）配向性を有する金属膜で形成されることが好ましい。
【０１１９】
結晶構造が体心立方構造で（１００）配向性を有する金属膜としては、Ｃｒ（クロム），Ｔｉ（チタン），Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）またはＷ５０Ｍｏ５０（５０，５０はａｔ％）を提示することができる。バイアス下地層２８はこれらのうち１種の材料で形成されていてもよいし、あるいは２種以上の混合物で形成されていてもよい。
【０１２０】
体心立方構造で且つ（１００）配向性を有するＣｒなどのバイアス下地層２８，２８の上に、Ｃｏ―Ｐｔ合金などのハードバイアス層２９，２９が形成されると、ハードバイアス層２９，２９の保磁力Ｈｃ、および残留磁化（Ｂｒ）／飽和磁束密度（Ｂｓ）で求められる角形比Ｓは大きくなる。その結果ハードバイアス層２９，２９から発生するバイアス磁界は増大する。
【０１２１】
図１に示される磁気検出素子では、ハードバイアス層２９から発生する静磁界は固定磁性層２６を越えてフリー磁性層２３に作用する。このため、固定磁性層２６の図示Ｘ方向（トラック幅方向）幅寸法Ｌ１が大きすぎると、フリー磁性層２３に適切な大きさの縦バイアス磁界を印加することができなくなる。具体的には、固定磁性層２６の図示Ｘ方向（トラック幅方向）幅寸法Ｌ１を５０オングストローム程度にすることによって、フリー磁性層２３に適切な大きさの縦バイアス磁界を印加することができる。また、固定磁性層２６の図示Ｘ方向（トラック幅方向）幅寸法Ｌ１が５０オングストローム程度であっても、反強磁性層２７の材料に前述した反強磁性材料を用いることによって、固定磁性層２６と反強磁性層２７間に生じる交換異方性磁界を大きくすることができる。従って、固定磁性層２６の磁化を強固に固定することができ、ハードバイアス層２９から発生する静磁界によって固定磁性層２６の磁化方向が揺らぐことを防止できる。
【０１２２】
図２は本発明における第２の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。特に説明がない限り、図１と同じ符号が付けられた層は、図１の該当する層と同じ材料、同じ膜厚、同じ形状である。
【０１２３】
図２に示される磁気検出素子が、図１に示される磁気検出素子と異なっているのは、固定磁性層２６の外側にハードバイアス層が形成されず、フリー磁性層２３上にアルミナからなる分離層４０を介して強磁性層４１及び反強磁性層４２が積層されている点である。
【０１２４】
強磁性層４１と反強磁性層４２の界面に交換異方性磁界が発生し、強磁性層４１の磁化が、図示Ｘ方向と反平行方向に固定されている。さらに、フリー磁性層２３と強磁性層４１に静磁的な結合が発生し、フリー磁性層２３の磁化が図示Ｘ方向を向く。
【０１２５】
図３は本発明における第３の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。特に説明がない限り、図１と同じ符号が付けられた層は、図１の該当する層と同じ材料、同じ膜厚、同じ形状である。
【０１２６】
図３に示される磁気検出素子が、図１に示される磁気検出素子と異なっているのは、固定磁性層２６の外側にハードバイアス層が形成されず、フリー磁性層２３上にアルミナからなる分離層５０を介して下地層５１及び硬磁性層５２が積層されている点である。
【０１２７】
下地層５１はＣｒまたはＴａ、或いはＴａ／Ｃｒ積層膜によって形成され、硬磁性層５２はＣｏ−Ｐｔによって形成されている。また、硬磁性層５２は、図示Ｘ方向と反平行方向に着磁されている。フリー磁性層２３と硬磁性層５２に静磁的な結合が発生し、フリー磁性層２３の磁化が図示Ｘ方向を向く。
【０１２８】
図２及び図３に示された磁気検出素子における縦バイアス方式を、インスタックバイアス方式という。インスタックバイアス方式は、フリー磁性層の磁化が側端面付近で強固に固定され磁化反転が悪化する不感領域の発生を抑制できる。従って、フリー磁性層の単磁区化を適切に促進しつつ、フリー磁性層の外部磁界に対する磁化反転を良好にでき、再生感度が良く再生波形の安定性に優れた磁気検出素子を製造することが可能である。
【０１２９】
また図２及び図３に示す磁気検出素子では、フリー磁性層のトラック幅方向における両側端面と連続面として分離層及び強磁性層または硬磁性層の両側端面が形成される。これによって強磁性層または硬磁性層とフリー磁性層間の静磁的な結合を良好にでき、フリー磁性層の単磁区化を促進させることが可能である。なお強磁性層４１または硬磁性層５２の膜厚は５０〜３００Åであることが好ましい。
【０１３０】
図４は本発明における第４の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。特に説明がない限り、図１と同じ符号が付けられた層は、図１の該当する層と同じ材料、同じ膜厚、同じ形状である。
【０１３１】
図４に示される磁気検出素子が、図１に示される磁気検出素子と異なっているのは、フリー磁性層２３の両側部に形成されたハードバイアス層６０の上に、非磁性材料からなる分離層６１、固定磁性層６２、反強磁性層６３、電極層６４が順に積層されている点である。固定磁性層６２は、第１の磁性層６２ａ、非磁性中間層６２ｂ、第２の磁性層６２ｃからなる人工フェリ構造である。第１の磁性層６２ａ、非磁性中間層６２ｂ、第２の磁性層６２ｃの材料は、図１に示される磁気検出素子の第１の磁性層２６ａ、非磁性中間層２６ｂ、第２の磁性層２６ｃと同じである。
【０１３２】
ハードバイアス層６０は内側面６０ａが傾斜面または曲面になっている。従って、ハードバイアス層６０の膜厚は、フリー磁性層２３に近づくにつれて徐々に薄くなっている。ハードバイアス層６０の形状をこのような先細り形状にすることで、固定磁性層６２の内側面６２ｄと非磁性材料層２５の介在部２５ａとの接合面積を増大させることができ、磁気抵抗変化を大きくできる。
【０１３３】
また、図１に示される構造の磁気検出素子に比べて、ハードバイアス層６０をフリー磁性層２３の近くに設けることが可能になり、フリー磁性層２３を適切に単磁区化することが容易になる。
【０１３４】
なお、図４に示される磁気検出素子において、ハードバイアス層６０と固定磁性層６２の間に、後述するスペキュラー層または絶縁層を設けると、ハードバイアス層６０へのセンス電流のシャントロスが低減できるとともに磁気抵抗変化を大きくできる。  図５は本発明における第５の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。特に説明がない限り、図１と同じ符号が付けられた層は、図１の該当する層と同じ材料、同じ膜厚、同じ形状である。
【０１３５】
図５に示される磁気検出素子が、図１に示される磁気検出素子と異なっているのは、固定磁性層２６の外側にハードバイアス層が形成されず、フリー磁性層２３の下に非磁性層７１を介して反強磁性層７０が設けられている点である。
【０１３６】
非磁性層７１はＣｕやＲｕによって形成されており、反強磁性層７０は反強磁性層２７と同じ材料、例えばＰｔＭｎ合金によって形成されている。フリー磁性層２３と反強磁性層７０の間には、非磁性層７１を介した間接的な交換結合磁界（Ｌｏｎｇ  ｒａｎｇｅ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）が生じており、フリー磁性層２３の磁化が図示Ｘ方向に単磁区化される。フリー磁性層２３と反強磁性層７０の間に、非磁性層７１を介在させることで、交換結合磁界を適度に弱めることができ、フリー磁性層２３の単磁区化と磁化回転の容易化を両立できる。
【０１３７】
なお、図５ではフリー磁性層２３の下に非磁性層７１を介して反強磁性層７０が設けられているが、反対にフリー磁性層２３の上に非磁性層を介して反強磁性層が設けられてもよい。
【０１３８】
図６は本発明における第６の実施の形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。特に説明がない限り、図１と同じ符号が付けられた層は、図１の該当する層と同じ材料、同じ膜厚、同じ形状である。
【０１３９】
図６に示される磁気検出素子が、図１に示される磁気検出素子と異なっているのは、固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａと非磁性中間層２５ｂの間に、センス電流の伝導電子をそのスピン方向を維持させたまま反射（鏡面反射）させるスペキュラー層８０が設けられている点である。スペキュラー層８０には、欠陥部（ピンホール）が形成されていてもよい。
【０１４０】
図６のようにスペキュラー層８０が固定磁性層２６内に形成されているとスペキュラー層８０に達した伝導電子は、そこでスピン状態（エネルギー、量子状態など）を保持したまま鏡面反射する。そして鏡面反射した伝導電子は、移動向きを変えて固定磁性層２６内を通り抜けることが可能になる。
【０１４１】
このため、スペキュラー層８０を設けることで、磁気抵抗効果に寄与するスピン（例えばアップスピン）を持つ伝導電子の平均自由行程λを従来に比べて伸ばすことが可能になり、アップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程と、ダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程との差を大きくすることができ、従って抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上とともに、再生出力の向上を図ることが可能になる。
【０１４２】
例えば固定磁性層２６の非磁性中間層２６ｂまでを成膜し、非磁性中間層２６ｂを酸化し、この酸化層をスペキュラー層８０として機能させることができる。そしてスペキュラー層８０上に第１の磁性層２６ａを成膜する。
【０１４３】
また、スベキュラー層８０が、第１の磁性層２６ａ内部、第２の磁性層２６ｃ内部、または、第２の磁性層２６ｃと非磁性中間層２６ｂの間、或いは磁性層２６ｃ下面に設けれていてもよい。この場合、第１の磁性層２６ａまたは第２の磁性層２６ｃを酸化し、この酸化層をスペキュラー層として機能させることができる。
【０１４４】
スペキュラー層８０の材質としては、Ｆｅ−Ｏ、Ｎｉ−Ｏ、Ｃｏ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｏ、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｏ（ここでＲはＣｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）の酸化物、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｑ−Ｎ（ここでＱはＢ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される１種以上）、Ｒ−Ｎ（ここでＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される１種以上）の窒化物、半金属ホイッスラー合金などを提示できる。
【０１４５】
スペキュラー層８０をスパッタ成膜するときは、例えば磁気検出素子が形成される基板の温度を０〜１００℃とし、前記基板とスペキュラー層８０の材料のターゲット間の距離を１００〜３００ｍｍとし、Ａｒガス圧を１０−５〜１０−３Ｔｏｒｒ（１．３×１０−３〜０．１３Ｐａ）とする。
【０１４６】
図６にはフリー磁性層２３に縦バイアス磁界を与えるバイアス構造が図示されていないが、図１ないし図５に示されたバイアス方式のいずれを用いてもよい。
【０１４７】
なお、本発明のように、固定磁性層２６が人工フェリ構造を有していると、固定磁性層２６の磁化を一方向に強固に固定することができる。このため、反強磁性層２７が固定磁性層２６の第１の磁性層２６ａを完全に覆わなくても、固定磁性層２６の磁化を充分に強く固定することが可能になるので、反強磁性層２７の内側面２７ａをフリー磁性層２３から離れた、図１、図２、図３、図５、図６に示される点線２７ａ１の位置にすることができる。反強磁性層２７の内側面２７ａをフリー磁性層２３から離すと、センス電流のシャントロスを低減することができる。または、図４に示される反強磁性層６３の内側縁６３ａをフリー磁性層２３から離れた点線６３ａ１の位置にすることができる。
【０１４８】
図２、図３、図５、図６に示される磁気検出素子の電極層４３は内側面４３ａが、反強磁性層２７の内側面２７ａより、フリー磁性層２３から離れた位置に設けられている。また、図４に示される磁気検出素子の電極層６４は内側縁６４ａが反強磁性層６３の内側縁６３ａより、フリー磁性層２３から離れた位置に設けられている。このように、電極層をフリー磁性層から離れた位置に設けることによりセンス電流のシャントロスを低減させることができる。
【０１４９】
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。
まず、基板上に下部シールド層２０、下部ギャップ層２１、下地層２２、フリー磁性層２３、保護層２４をベタ膜状に成膜した多層膜を形成し、リフトオフ用のレジストによって前記多層膜の中央部をマスクした上で、イオンミリングによって前記多層膜の両側部を削る。このイオンミリングの入射角度は、保護層の表面に対して、例えば７０°〜９０°である。
【０１５０】
下部シールド層２０、下部ギャップ層２１、下地層２２、フリー磁性層２３、保護層２４の材料は図１の磁気検出素子の構造を説明したときに示したものを用いる。
【０１５１】
次に、図１０に示すように、レジスト層Ｒ１を保護層２４上に残したまま、下地層２２、フリー磁性層２３の側端面２３ａ，２３ａ上に、Ｃｕを用いて非磁性材料層２５をスパッタ法によって成膜する。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。
【０１５２】
なお、非磁性材料層２５成膜時のスパッタ入射角度は、下部ギャップ層２１の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば３０°〜７０°である。非磁性材料層２５成膜時のスパッタ入射角度を小さくすることによって、非磁性材料層２５を主にフリー磁性層２３の側端面２３ａ上に形成し、フリー磁性層２３の両側部に露出している下部ギャップ層２１上に堆積しづらくしている。従って、フリー磁性層２３の側端面２３ａ上に形成された非磁性材料層の介在部２５ａの膜厚は、下部ギャップ層２１上に形成された延出部２５ｂより厚くなっている。介在部２５ａの図示Ｘ方向の膜厚は２０Å〜５０Åである。延出部２５ｂは磁気抵抗効果に寄与せず、センス電流の分流ロスの原因になるものなので、膜厚はなるべく薄い方が好ましい。非磁性材料層２５の形成後、下部ギャップ層２１の表面に対して垂直方向からのイオンミリングによって非磁性材料層２５の延出部２５ｂを除去してもよい。
【０１５３】
次に、図１１に示すように、レジスト層Ｒ１を保護層２４上に残したまま、固定磁性層２６の第２の磁性層２６ｃ、非磁性中間層２６ｂ、第１の磁性層２６ａ及び反強磁性層２７をスパッタ法によって連続成膜する。スパッタ法には、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、あるいはコリメーションスパッタ法のいずれか１種以上が使える。固定磁性層２６及び反強磁性層２７成膜時のスパッタ入射角度は、下部ギャップ層２１の表面（または前記基板の表面）に対して、例えば５０°〜９０°である。
【０１５４】
図１に示される磁気検出素子を形成するときには、図１１に示される工程の後、レジスト層Ｒ１を除去して、磁気検出素子の素子奥行き方向（ハイト方向；図示Ｙ方向）の寸法（素子高さ）を規定するパターニング処理を施した後、レジスト層Ｒ１よりも幅寸法（Ｘ方向幅寸法）が大きいレジスト層によってフリー磁性層２３の全部と、固定磁性層２６及び反強磁性層２７の一部をマスクする。その後、マスクされない固定磁性層２６及び反強磁性層２７の両側部を削って除去した後、残された固定磁性層２６及び反強磁性層２７の両側部にバイアス下地層２８、ハードバイアス層２９、下地層３０、電極層３１を成膜する。レジスト層を除去した後、上部ギャップ層３２と上部シールド層３３を積層する。
【０１５５】
図示Ｙ方向と反平行方向の磁場中で熱処理して固定磁性層２６と反強磁性層２７の界面に交換異方性磁界を発生させ、さらに常温でハードバイアス層２９を図示Ｘ方向に着磁すると図１に示される磁気検出素子が得られる。
【０１５６】
図２に示される磁気検出素子を形成するときには、下部シールド層２０、下部ギャップ層２１、下地層２２、フリー磁性層２３、分離層４０、強磁性層４１、反強磁性層４２をベタ膜状に成膜した多層膜を形成し、第１の磁場中アニールを施して強磁性層４１と反強磁性層４２の界面に図示Ｘ方向と反平行方向の交換異方性磁界を発生させる。その後、図１０及び図１１に示された工程と同様の工程を施し、図示Ｙ方向と反平行方向の磁場中で第２の磁場中アニールを施し、固定磁性層２６と反強磁性層２７の界面に交換異方性磁界を発生させる。
【０１５７】
図３に示される磁気検出素子を形成するときには、下部シールド層２０、下部ギャップ層２１、下地層２２、フリー磁性層２３、分離層５０、下地層５１、硬磁性層５２をベタ膜状に成膜した多層膜を形成する。その後、図１０及び図１１に示された工程と同様の工程を施す。
【０１５８】
図４に示される磁気検出素子を形成するときには、図１０に示される工程の後、ハードバイアス層６０、分離層６１、固定磁性層６２、反強磁性層６３、電極層６４を成膜する。
図５に示される磁気検出素子を形成するときには、下部シールド層２０、下部ギャップ層２１、下地層２２、反強磁性層７０、非磁性層７１、フリー磁性層２３、保護層２４をベタ膜状に成膜した多層膜を形成する。その後、図１０及び図１１に示された工程と同様の工程を施す。
【０１５９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明では、人工フェリ構造を有している前記固定磁性層が、βが正の値である磁性材料からなる第１の磁性層とβが負の値である磁性材料からなる第２の磁性層を有している。そして、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層は、非磁性中間層を介したＲＫＫＹ相互作用によって、磁化が互いに反平行方向を向いた状態になっている。
【０１６０】
これによって、磁気検出素子に外部磁界が印加されたときに、前記第１の磁性層から非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値及び、前記第２の磁性層から非磁性材料層を介して前記フリー磁性層に流れる電流に対する電気抵抗値の両方がフリー磁性層の磁化回転角に対して同位相で増減する。
【０１６１】
従って、本発明の磁気検出素子であれば、低抵抗状態における伝導電子の流れやすさと高抵抗状態における伝導電子の流れやすさの差を大きくすることによって、抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【０１６２】
また、本発明では、前記固定磁性層の各磁性層を形成する磁性材料を規定することによって、前記固定磁性層の第１の磁性層をβが正の値である磁性材料からなるものとし、第２の磁性層をβが負の値である磁性材料からなるものにすることができる。
【０１６３】
また、本発明では、前記第１の磁性層の磁化と反平行方向に磁化している前記第２の磁性層を比抵抗を高くすることによって、前記第１の磁性層から前記非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分が、前記第２の磁性層内から前記非磁性材料層を介して前記フリー磁性層内を流れる電流に対する電気抵抗値の変化分によって相殺されることを抑制できる。従って、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大きくすることができる。
【０１６４】
また、本発明では、前記固定磁性層が、第１の磁性層と、前記第１の磁性層を形成する磁性材料のβの絶対値の大きさよりβの絶対値が小さい磁性材料からなる第２の磁性層を有することにより、前記第１の磁性層の磁化と反平行方向に磁化している前記第２の磁性層の例えばマジョーリティの伝導電子に対する比抵抗値を高くすることができる。従って、磁気検出素子の抵抗変化ΔＲを大き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の断面図、
【図２】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図３】本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図４】本発明の第４の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図５】本発明の第５の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図６】本発明の第６の実施の形態の磁気検出素子の断面図、
【図７】本発明の磁気検出素子のフリー磁性層及び固定磁性層の磁化方向及び磁性材料のβの正負の組み合わせの一例を示す模式図、
【図８】本発明の磁気検出素子のフリー磁性層及び固定磁性層の磁化方向及び磁性材料のβの正負の組み合わせの一例を示す模式図、
【図９】本発明の磁気検出素子のフリー磁性層及び固定磁性層の磁化方向及び磁性材料のβの正負の組み合わせの一例を示す模式図、
【図１０】本発明の磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１１】本発明の磁気検出素子の製造方法の一工程図、
【図１２】従来の磁気検出素子の断面図、
【図１３】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
２０  下部シールド層
２１  下部ギャップ層
２２  下地層
２３  フリー磁性層
２４  保護層
２５  非磁性材料層
２６  固定磁性層
２６ａ  第１の磁性層
２６ｂ  非磁性中間層
２６ｃ  第２の磁性層
２７、６３、７０  反強磁性層
２８  バイアス下地層
２９  ハードバイアス層
３１、４３、６４  電極層
３２  上部ギャップ層
３３  上部シールド層
４０、５０、６１  分離層
４１  強磁性層
５２  硬磁性層
８０  スペキュラー層
【図１】
2004221300.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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