(57)【要約】【課題】固定磁性層がフリー磁性層のトラック幅方向の両側に配置され、電流が各層を貫いて流れる磁気検出素子に係り、特に再生出力や感度の向上を図ることができ実用化可能な磁気検出素子を提供することを目的とする。【解決手段】フリー磁性層１３のハイト側後端部１３ｄはトラック幅方向に平行に延びて形成されている。そしてこのハイト側後端部１３ｄの形成線を基準線Ｂとしたとき、その延長線上に連続して、前記非磁性導電層１５のハイト側後端部１５ａと、前記固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｄが位置している。このため前記固定磁性層１６の記録媒体との対向面からハイト側後端部までの長さ寸法は、前記非磁性導電層１５を介してフリー磁性層１３と近接する部分において絞り込まれており、前記近接する部分での電流密度が効果的に高まるようにされ、再生出力を効果的に高めることが可能な磁気検出素子を製造できる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリー磁性層と、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層の上に形成された反強磁性層と、を有する多層構造が設けられ、電流が固定磁性層、非磁性導電層およびフリー磁性層の各層に貫いて流れ、
前記フリー磁性層及び固定磁性層を膜面と平行な方向から切断した断面では、前記フリー磁性層のハイト側後端部がトラック幅方向に平行に延びているとともに、その延長線上に連続して、前記非磁性導電層のハイト側後端部と、前記固定磁性層のハイト側後端部の少なくとも一部とが位置することを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記断面での前記固定磁性層のハイト側後端部は、その一部が前記延長線上に位置するとともに、残りの前記ハイト側後端部が、前記延長線よりもハイト方向に延びて形成され、前記固定磁性層の記録媒体との対向面からハイト方向への長さ寸法は、前記非磁性導電層を介してフリー磁性層と近接する部分において絞り込まれている請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記断面での前記固定磁性層のハイト側後端部の全部が、前記延長線上に位置する請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項４】
フリー磁性層と、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層の上に形成された反強磁性層と、を有する多層構造が設けられ、電流が固定磁性層、非磁性導電層およびフリー磁性層の各層に貫いて流れ、
前記フリー磁性層および固定磁性層を膜面と平行な方向から切断した断面では、各層のハイト側後端部を繋いだ連続線が、前記フリー磁性層のハイト側後端部から前記固定磁性層のハイト側後端部に向けて、徐々にハイト方向に後退するように湾曲しており、前記固定磁性層の記録媒体との対向面からハイト方向への長さ寸法は、フリー磁性層に近づくにつれて徐々に絞り込まれていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項５】
前記フリー磁性層の上方および下方の少なくともどちらか一方にスペキュラー層が設けられる請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記フリー磁性層と、前記スペキュラー層との間にバックド層が介在する請求項５記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記固定磁性層の下方および層内の少なくともどちらか一方にスペキュラー層が設けられる請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記フリー磁性層は、複数の磁性層と、前記磁性層間に介在する導電性の非磁性中間層とが交互に、膜厚方向に積層されて成り、前記磁性層は全て同じ方向に磁化が揃えられている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記固定磁性層および前記フリー磁性層を構成する複数の磁性層は、スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料であり、前記固定磁性層／非磁性導電層／フリー磁性層の各層の界面、および前記磁性層と非磁性中間層との界面のスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料を用いて、前記非磁性導電層および非磁性中間層が形成される請求項８記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記固定磁性層は、複数の磁性層と、前記磁性層間に介在する導電性の非磁性中間層とが交互に、膜厚方向に積層されて成り、前記磁性層は全て同じ方向に磁化固定されている請求項１ないし７のいずれかに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複数の磁性層および前記フリー磁性層は、スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料であり、前記固定磁性層／非磁性導電層／フリー磁性層の各層の界面、および前記磁性層と非磁性中間層との界面のスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料を用いて、前記非磁性導電層および非磁性中間層が形成される請求項１０記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
前記スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料は、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）であり、スピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料は、Ｃｕである請求項９または１１に記載の磁気検出素子。
【請求項１３】
前記多層構造は、前記フリー磁性層、非磁性導電層および固定磁性層を有して成り、前記固定磁性層は硬磁性材料で形成され、前記フリー磁性層は、前記フリー磁性層の上側あるいは下側に設けられた反強磁性層を用いて磁化制御されている請求項１ないし９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、固定磁性層がフリー磁性層のトラック幅方向の両側に配置され、電流が各層を貫いて流れる磁気検出素子に係り、特に再生出力や感度の向上を図ることが可能な磁気検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層および反強磁性層の各層が膜厚方向に積層されて構成され、電流がこの積層構造の膜面と垂直方向に流れるＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子では、前記積層構造の膜面の面積（以下、素子サイズと言う）を小さくするとともに、前記積層構造の総膜厚を厚くしないと、再生出力を効果的に大きくできず実用化に至らないことがわかっている。
【０００３】
前記積層構造の膜面の面積を小さくすることは現在のフォトリソグラフィ技術では限界があるし、また総膜厚を厚くするとギャップ長が大きくなり再生特性の劣化に繋がるという問題があった。
【０００４】
ところで下記の公知文献には、前記フリー磁性層、非磁性導電層および固定磁性層をトラック幅方向に並べるとともに、電流をこの各層の膜面に対して平行な方向から流す磁気検出素子が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１９３１３号
【特許文献２】
ＵＳ６，３９６，６６８  Ｂ１
【特許文献３】
ＵＳ６，４１１，４７８  Ｂ１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した文献での磁気検出素子では、上記した素子サイズ及び総膜厚はＣＰＰ型と逆の関係になる。すなわちＣＰＰ型で言う「素子サイズ」は、上記文献の磁気検出素子の総膜厚方向の縦断面の面積に該当し、ＣＰＰ型で言う「総膜厚」は、上記文献の磁気検出素子の膜面と平行な方向の長さに該当する。
【０００７】
このため上記文献の磁気検出素子の構造では、ＣＰＰ型の磁気検出素子に比べて、ＣＰＰ型で言う「素子サイズ」を小さく形成しやすく、且つＣＰＰ型で言う「総膜厚」を厚く形成しやすい。
【０００８】
しかしながら上記文献は、磁気検出素子の実用化を具現化する具体的手段に乏しく、実用化に程遠い内容である。まず第一に上記文献では、磁気検出素子の膜面と平行な方向の断面が如何なる形態となっているか定かでない。膜面と平行な方向の断面形態も再生出力の向上に重要であるため、上記文献の磁気検出素子の実用化を図るには、前記断面形態にも工夫を凝らす必要がある。
【０００９】
また第２に、前記フリー磁性層や固定磁性層の形態が特にバルク散乱との関係上で問題となるため、再生出力や感度の向上を図るには、前記フリー磁性層や固定磁性層の形態にも工夫を凝らす必要がある。
【００１０】
さらに第３に、フリー磁性層の磁化制御を如何にして実現するかといった問題もある。上記文献ではいずれもこの点に関する記載が乏しく実用化を図る上で極めて重要な問題であるため、磁化制御の方法にも工夫を凝らす必要がある。
【００１１】
また特許文献１は、フリー磁性層と固定磁性層間に介在する非磁性材料層（障壁層）がＡｌ２Ｏ３などの絶縁材料で形成されたトンネル型磁気抵抗効果型素子（ＴＭＲ素子）であるが、ＴＭＲ素子はただでさえ素子抵抗が高いのに、特許文献１の構造にすると、通電方向の断面積がより小さくなるために、素子抵抗が著しく上昇してしまい実用化は益々困難となってしまう。
【００１２】
そのため本発明者らは、フリー磁性層と固定磁性層間に介在する非磁性材料層をＣｕなどの非磁性導電材料で形成した磁気検出素子についての実用化を図ることとした。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、固定磁性層がフリー磁性層のトラック幅方向の両側に配置され、電流が各層を貫いて流れる磁気検出素子に係り、特に再生出力や感度の向上を図ることができ実用化可能な磁気検出素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気検出素子は、フリー磁性層と、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層の上に形成された反強磁性層と、を有する多層構造が設けられ、電流が固定磁性層、非磁性導電層およびフリー磁性層の各層に貫いて流れ、
前記フリー磁性層および固定磁性層を膜面と平行な方向から切断した断面では、前記フリー磁性層のハイト側後端部がトラック幅方向に平行に延びているとともに、その延長線上に連続して、前記非磁性導電層のハイト側後端部と、前記固定磁性層のハイト側後端部の少なくとも一部とが位置することを特徴とするものである。
【００１５】
このとき本発明では、前記断面での前記固定磁性層のハイト側後端部は、その一部が前記延長線上に位置するとともに、残りの前記ハイト側後端部が、前記延長線よりもハイト方向に延びて形成され、前記固定磁性層の記録媒体との対向面からハイト方向への長さ寸法は、前記非磁性導電層を介してフリー磁性層と近接する部分において絞り込まれていることが好ましい。
【００１６】
あるいは本発明では、前記断面での前記固定磁性層のハイト側後端部の全部が、前記延長線上に位置する形態であってもよい。
【００１７】
または本発明における磁気検出素子は、フリー磁性層と、前記フリー磁性層のトラック幅方向の両側に非磁性導電層を介して形成された固定磁性層と、前記固定磁性層の上に形成された反強磁性層と、を有する多層構造が設けられ、電流が固定磁性層、非磁性導電層およびフリー磁性層の各層に貫いて流れ、
前記フリー磁性層および固定磁性層を膜面と平行な方向から切断した断面では、各層のハイト側後端部を繋いだ連続線が、前記フリー磁性層のハイト側後端部から前記固定磁性層のハイト側後端部に向けて、徐々にハイト方向に後退するように湾曲しており、前記固定磁性層の記録媒体との対向面からハイト方向への長さ寸法は、フリー磁性層に近づくにつれて徐々に絞り込まれていることを特徴とするものである。
【００１８】
上記した発明はいずれも固定磁性層のハイト側後端部のうち、少なくとも前記フリー磁性層のハイト側後端部と近接する部分を絞り込んで、前記近接する部分での電流密度を向上させることができるようにしており、これによって再生出力の向上を図ることが可能になる。
【００１９】
また本発明では、前記フリー磁性層の上方および下方の少なくともどちらか一方にスペキュラー層が設けられることが好ましく、また前記フリー磁性層と、前記スペキュラー層との間にバックド層が介在するとなお良い。
【００２０】
さらに、前記固定磁性層の下方および層内の少なくともどちらか一方にスペキュラー層が設けられることが好ましい。
【００２１】
上記した発明は、スペキュラー層をフリー磁性層および／または固定磁性層の下方などに設けるといった発明である。前記フリー磁性層の膜厚が小さいと、平均自由行程の長い方のスピンを持つ伝導電子（Ｍａｊｏｒｉｔｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）、例えばアップスピンを持つ伝導電子がフリー磁性層の上面あるいは下面で拡散散乱（Ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）されて、スピン拡散長（Ｓｐｉｎ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌｅｎｇｔｈ）が短くなってしまい抵抗変化量ΔＲの低下などに繋がるため、前記フリー磁性層はある程度、厚い膜厚を有していることが好ましいが、前記フリー磁性層の膜厚が厚くなりすぎると、今度は前記フリー磁性層の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ、以下単に「Ｍｓ・ｔ」と言う）が大きくなりすぎて再生感度が低下するといった問題がある。このためスペキュラー層を設けることで前記フリー磁性層の膜厚を厚くしすぎることなく、前記スピン拡散長を延ばすことができ、ＭＲ特性の良好な磁気検出素子を製造することが可能になる。また固定磁性層の下方などに前記スペキュラー層を設けることで、前記スピン拡散長を延ばすことができるといった効果を得ることができるとともに、前記固定磁性層をより厚く形成する必要がないため、前記固定磁性層と反強磁性層間に適切な大きさの交換結合磁界を生じさせやすい。
【００２２】
次に本発明では、前記フリー磁性層は、複数の磁性層と、前記磁性層間に介在する導電性の非磁性中間層とが交互に、膜厚方向に積層されて成り、前記磁性層は全て同じ方向に磁化が揃えられていることが好ましい。
【００２３】
このとき、前記固定磁性層および前記フリー磁性層を構成する複数の磁性層は、スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料であり、前記固定磁性層／非磁性導電層／フリー磁性層の各層の界面、および前記磁性層と非磁性中間層との界面のスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料を用いて、前記非磁性導電層および非磁性中間層が形成されることが好ましい。
【００２４】
また本発明では、前記固定磁性層は、複数の磁性層と、前記磁性層間に介在する導電性の非磁性中間層とが交互に、膜厚方向に積層されて成り、前記磁性層は全て同じ方向に磁化固定されていることが好ましい。
【００２５】
このとき、前記固定磁性層を構成する複数の磁性層および前記フリー磁性層は、スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料であり、前記固定磁性層／非磁性導電層／フリー磁性層の各層の界面、および前記磁性層と非磁性中間層との界面のスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料を用いて、前記非磁性導電層および非磁性中間層が形成されることが好ましい。
【００２６】
前記フリー磁性層はある程度、膜厚を厚く形成する必要があるが、あまり厚く形成しすぎるとフリー磁性層のＭｓ・ｔの増大による磁気記録媒体からの磁界に対する感度低下が問題となる。
【００２７】
そこで上記したスペキュラー層の形成に代えて、あるいは前記スペキュラー層の形成とともに、上記のように前記フリー磁性層を磁性層と非磁性中間層との積層構造にし、且つ複数の前記磁性層を全て同じ方向に磁化させる。このような形態にすることで平均自由行程の短い方のスピンを持つ伝導電子、例えばダウンスピンを持つ伝導電子が前記磁性層と非磁性中間層との界面等で散乱しやすいようにし（いわゆるＳｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果）、一方、平均自由行程の長い方のスピンを持つ伝導電子、例えばアップスピンを持つ伝導電子（Ｍａｊｏｒｉｔｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）は、前記フリー磁性層の層内や前記非磁性中間層と非磁性層との界面等で散乱されることなく、前記フリー磁性層の膜厚が厚くなったときと同様の効果、すなわちスピン拡散長を長く延ばすことができ、この結果、平均自由行程の長い方のスピンを持つ伝導電子と、平均自由行程の短い方のスピンを持つ伝導電子との平均自由行程差を大きくできる。よって、抵抗変化量ΔＲの増大を図ることができ再生出力の向上を図ることができる。
【００２８】
また前記フリー磁性層の膜厚を、複数の磁性層と非磁性中間層との積層構造にすることで厚くできるとともに、前記フリー磁性層全体に占める、前記磁性層の体積比率を小さくできるので実効的なＭｓ・ｔが減少し再生感度を向上させることができる。この場合、前記複数の磁性層は、前記非磁性中間層を介してＲＫＫＹ的結合やピンホールを通した直接交換結合やトポロジカルカップリング等で強磁性的に（磁化が平行となるように）カップリングすることで多層膜全体が一体の強磁性体のように振舞うようになっている。
【００２９】
なお磁性層と非磁性中間層との積層構造において、上記したようなＳｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果やＭａｊｏｒｉｔｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎのスピン拡散長を延ばす効果を有効に引き出すには、スピン依存バルク散乱係数βやスピン依存界面散乱係数γがプラス値となるように工夫を凝らすことが必要で、その一つの方法は材質の適正化である。
【００３０】
本発明では、前記スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料として、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）を選択し、スピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料として、Ｃｕを選択することが好ましい。
【００３１】
また本発明では、前記多層構造は、前記フリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層を有して成り、前記固定磁性層は硬磁性材料で形成され、前記フリー磁性層は、前記フリー磁性層の上側あるいは下側に設けられた反強磁性層を用いて磁化制御されている形態であってもよい。この形態であれば、前記固定磁性層を磁化固定するための反強磁性層を設ける必要がない。また前記フリー磁性層と前記フリー磁性層を磁化制御するための磁化制御層との間隔も容易且つ適切に制御しやすく、前記フリー磁性層の単磁区化を容易に図ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における第１の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を前記記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００３３】
図１に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された外部信号を再生するためのＧＭＲヘッドである。図示されていないが、この磁気検出素子の上に記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【００３４】
なお以下において各層の「膜面と平行な方向の面」とはＸ−Ｙ平面に平行な面を意味し、「トラック幅方向」とは図示Ｘ方向と平行な方向であり、この方向は外部磁界によって磁化方向が変動する領域の幅方向のことであり、例えば、フリー磁性層の外部磁界が印加されていないときの磁化方向であり、また「ハイト方向」とは図示Ｙ方向と平行な方向であり、記録媒体からの洩れ磁界方向もこの方向と一致しており、また図示Ｚ方向は記録媒体の進行方向を指している。
【００３５】
また磁気検出素子が浮上式の磁気ヘッドに用いられる場合、「記録媒体との対向面」とは、いわゆるＡＢＳ面（Ａｉｒ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ）のことである。
【００３６】
図１に示す磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【００３７】
図１に示す符号１０は、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された下部シールド層である。前記下部シールド層１０の上にはＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などで形成された下部ギャップ層１１が設けられている。
【００３８】
図１に示すように、前記下部ギャップ層１１の図示中央にはシードレイヤ１２が形成される。前記シードレイヤ１２は、例えばＴａ，ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シードレイヤ１２の形成により前記シードレイヤ１２上に形成されるフリー磁性層１３の結晶性（例えば膜面と平行な方向への結晶粒径を大きくできたり、｛１１１｝面を膜面と平行な方向に優先配向させることができる、以下同じ）を良好にでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。前記シードレイヤ１２は例えば６０Å程度の膜厚である。
【００３９】
前記シードレイヤ１２上には軟磁性材料で形成されたフリー磁性層１３が形成される。前記フリー磁性層１３はＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの単層構造、あるいはこれら磁性層の積層構造で形成される。
【００４０】
図１に示すように前記フリー磁性層１３のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側端面１３ａは、前記フリー磁性層１３の下面１３ｂから上面１３ｃにかけて前記フリー磁性層１３のトラック幅方向への幅寸法が徐々に小さくなるように湾曲面あるいは傾斜面で形成される。このため前記フリー磁性層１３の図示Ｘ−Ｚ平面と平行方向の断面は略台形状となっている。
【００４１】
前記フリー磁性層１３の上面１３ｃにはスペキュラー層（鏡面反射層とも言う）１４が設けられている。前記スペキュラー層１４は例えばＴａの酸化層である。図１に示すように、前記シードレイヤ１２、フリー磁性層１３およびスペキュラー層１４の各層のトラック幅方向における両側端面は連続した湾曲面あるいは傾斜面となっている。この連続した湾曲面あるいは傾斜面はエッチング技術を用いて形成される。
【００４２】
図１に示すように前記フリー磁性層１３の前記両側端面１３ａ上、シードレイヤ１２の両側端面上およびスペキュラー層１４の両側端面上にはＣｕなどの非磁性導電材料で形成された非磁性導電層１５が形成されている。前記非磁性導電層１５は、さらに前記フリー磁性層１３のトラック幅方向の両側に広がる下部ギャップ層１１上にかけて形成される。ここで前記非磁性導電層１５の前記フリー磁性層１３の両側端面１３ａ上に形成された部分でのトラック幅方向への膜厚Ｈ２は、前記下部ギャップ層１１上に形成された部分での膜厚Ｈ３に比べて厚くなっている。このような形態にすることで前記下部ギャップ層１１上に形成された前記非磁性導電層１５へセンス電流が分流する量を低減させることができる。なお前記膜厚Ｈ２、Ｈ３の大小関係は前記非磁性導電層１５を成膜する際の成膜角度などを調整することで得ることができる。
【００４３】
前記非磁性導電層１５上にはＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金あるいはＣｏＦｅＮｉ合金などの軟磁性材料で形成された固定磁性層１６が形成される。前記固定磁性層１６は磁性層の単層構造であってもよいし、磁性層の多層構造であってもよい。ただし前記固定磁性層１６は前記固定磁性層１６の上に形成される反強磁性層１７との交換結合磁界Ｈｅｘを強くする目的でＣｏ系の磁性材料で形成されることが好ましい。なお、少なくとも前記固定磁性層１６の前記反強磁性層１７との界面には前記Ｃｏ系の磁性材料で形成された磁性領域が存在することが好ましい。
【００４４】
図１では、前記フリー磁性層１３上に形成されたスペキュラー層１４の上面と前記固定磁性層１６の上面１６ａは同じ平坦化面で形成されているが、前記上面１６ａは前記スペキュラー層１４の上面よりも上方に盛り上がっていても下方に凹んでいてもかまわない。ただし前記の盛り上がりや凹みといった起伏はあまり大きくない方がＭＲ特性を良好にする上で好ましい。前記スペキュラー層１４の上面を基準面としたときに前記起伏の最大寸法はせいぜい±１００Å程度であることが好ましい。
【００４５】
図１に示すように前記固定磁性層１６の上面１６ａには反強磁性層１７（以下ではこの反強磁性層を第１反強磁性層と呼ぶ）が形成されている。前記第１反強磁性層１７は、ＰｔＭｎ合金、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）合金で形成されることが好ましい。
【００４６】
前記固定磁性層１６と第１反強磁性層１７は、共に同じチャンバ内で大気暴露させずに連続して成膜される。成膜後、磁場中熱処理が施されて前記第１反強磁性層１７と固定磁性層１６間に交換結合磁界（Ｈｅｘ）を生じさせ、前記固定磁性層１６をハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化固定させる。
【００４７】
図１に示すように前記第１反強磁性層１７上にはＴａなどで形成された保護層１８が形成される。
【００４８】
図１に示すように、フリー磁性層１３の左側に形成された固定磁性層１６と第１反強磁性層１７の左側端面１６ｂ、１７ａは、連続した湾曲面あるいは傾斜面として形成され、前記フリー磁性層１３の右側に形成された固定磁性層１６と第１反強磁性層１７の右側端面１６ｃ、１７ｂは、連続した湾曲面あるいは傾斜面として形成される。
【００４９】
図１に示すように前記固定磁性層１６および第１反強磁性層１７の左側端面１６ｂ、１７ａと右側端面１６ｃ、１７ｂには、ハードバイアス層１９が形成されている。前記ハードバイアス層１９はＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などの硬磁性材料で形成される。
【００５０】
図１に示すように前記ハードバイアス層１９の下にはＣｒなどで形成されたバイアス下地層２０が設けられ、このバイアス下地層２０は前記固定磁性層１６および第１反強磁性層１７の側端面１６ｂ、１６ｃ、１７ａ、１７ｂ上にまで延びて形成されている。前記バイアス下地層２０は、ハードバイアス層１９の特性（保磁力Ｈｃや角形比Ｓ）を向上させるために設けられたものである。
【００５１】
図１に示すように、前記ハードバイアス層１９上には非磁性材料の例えばＴａやＣｒなどで形成されたスペーサ層２１が形成される。前記スペーサ層２１の上には電極層２２が形成される。前記電極層２２は、ＡｕやＣｒなどで形成される。なお前記電極層２２は、例えば前記第１反強磁性層１７の上にまで延出形成されていてもよいが、前記電極層２２が完全に前記第１反強磁性層１７上をオーバーラップするような形態であると、前記電極層２２からの電流が一部、分流ロスとなり再生出力の低下に繋がり好ましくない。そのため前記電極層２２は前記第１反強磁性層１７の上にまで延出形成されても、前記電極層２２の内側先端部２２ａは、前記第１反強磁性層１７の内側先端部１７ｃよりもフリー磁性層１３からトラック幅方向に離れる方向に位置することが好ましい。前記電極層２２の内側先端部２２ａと前記第１反強磁性層１７の内側先端部１７ｃ間の最小距離Ｔ５は０．０５μｍ〜０．１μｍの範囲内であることが好ましい。
【００５２】
前記電極層２２の上にはＴａなどで形成された保護層２３が形成される。
図１に示すように、前記保護層１８、２３上からスペキュラー層１４上にかけてＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などで形成された上部ギャップ層２４が形成され、前記上部ギャップ層２４上に磁性材料で形成された上部シールド層２５が形成される。
【００５３】
図２は図１に示すフリー磁性層１３、非磁性導電層１５および固定磁性層１６の部分をＡ−Ａ線に沿ってＸ−Ｙ平面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【００５４】
図２に示すように、前記フリー磁性層１３のハイト側後端部１３ｄはトラック幅方向（図示Ｘ方向）に平行に延びて形成されている。そしてこのハイト側後端部１３の形成線を基準線Ｂとしたとき、その延長線上に連続して、前記非磁性導電層１５のハイト側後端部１５ａと、前記固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｄが位置している。前記固定磁性層１６は、前記基準線Ｂの延長線上にあるハイハイト側後端部１６ｂからハイト方向に屈曲して、残りのハイト側後端部１６ｅがハイト方向（図示Ｙ方向）に延びて形成されている。
【００５５】
このため前記固定磁性層１６の記録媒体との対向面からハイト側後端部までの長さ寸法は、前記非磁性導電層１５を介してフリー磁性層１３と近接する部分において絞り込まれており、前記近接する部分での電流密度が効果的に高まるようにされている。
【００５６】
ここで前記フリー磁性層１３における記録媒体との対向面からハイト側後端部１３ｄまでの長さ寸法Ｌ１は、０．０５μｍ〜０．１５μｍの範囲内であることが好ましい。前記長さ寸法Ｌ１を上記の範囲に小さく形成することで素子サイズ（ここで言う「素子サイズ」とは図示Ｙ−Ｚ平面と平行な方向の面での面積を指す）の狭小化を図ることができ再生出力を効果的に大きくすることが可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００５７】
また、前記フリー磁性層１３のハイト側後端部１３ｄと同じ延長線上にある固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｄのトラック幅方向（図示Ｘ方向）への幅寸法Ｔ１は５０Å〜１０００Åの範囲内であることが好ましい。これにより固定磁性層１６のフリー磁性層１３との近傍が十分に絞り込まれて効果的に電流密度を高めることができ再生出力の向上を図ることが可能になる。
【００５８】
前記フリー磁性層１３および固定磁性層１６の図示Ｘ−Ｙ平面と平行な方向からの断面は図２の形態に限るものではなく図３や図４のような形態であってもよい。
【００５９】
図３では、前記固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｆの全部が、前記フリー磁性層１３のハイト側後端部１３ｄの形成線を基準線Ｂとしたときに、その延長線上に位置している。
【００６０】
図４では、前記フリー磁性層１３、非磁性導電層１５および固定磁性層１６の各層のハイト側後端部１３ｅ、１５ｂ、１６ｇを繋いだ連続線は、前記フリー磁性層１３のハイト側後端部１３ｅから前記固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｇに向けて徐々にハイト方向（図示Ｙ方向）に後退するように湾曲しており、この結果、前記固定磁性層１６の記録媒体との対向面からハイト方向への長さ寸法Ｌ２は前記フリー磁性層１３に近づくにつれて徐々に絞り込まれるようになっている。
【００６１】
図４のように各層のハイト側後端部１３ｅ、１５ｂ、１６ｇを繋いだ連続線が湾曲するのは、各層を形成した際の各層のトラック幅方向への幅寸法が非常に小さく、図示左側の固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｇと、図示右側の固定磁性層１６のハイト側後端部１６ｇ間のトラック幅方向における最大距離Ｔ２を、０．１〜０．５μｍ程度と非常に小さく形成する必要があるため、前記ハイト側後端部１３ｅ、１５ｂ、１６ｇの形状を画定する際のフォトレジストが丸みを帯びてしまい、その結果、図４のような湾曲形状になりやすくなる。
【００６２】
図１に示す磁気検出素子は図２ないし図４に示す膜面と平行な方向への断面形状を有することで、固定磁性層１６からフリー磁性層１３へ流れる際の電流密度を高めることができ再生出力の向上を図ることができるとともに、フリー磁性層１３の上面１３ｃおよび下面１３ｂとギャップ層１１、２４間には非常に薄い膜厚のシードレイヤ１２やスペキュラー層１４しか介在しておらず、従ってギャップ長Ｇｌを短くでき行記録密度に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００６３】
また図１に示す磁気検出素子では、前記電極層２２からの電流は、固定磁性層１６、非磁性材料層１５及びフリー磁性層１３を膜面を貫いて（図示Ｘ方向）流れるため、前記電流は固定磁性層１６−非磁性導電層１５−フリー磁性層１３の順に各層を流れ、これら各層から見た電流流れの方向はＣＰＰ型の磁気検出素子と同じであるが、フリー磁性層１３、非磁性導電層１５および固定磁性層１６をトラック幅方向に並べて配置したことで、素子サイズ（図示Ｙ−Ｚ平面と平行な方向の面）の狭小化とともに、固定磁性層１６、非磁性導電層１５および固定磁性層１６のトラック幅方向への総合の幅寸法Ｔ３（図１では幅寸法Ｔ３はフリー磁性層１３の膜厚のちょうど中心での幅寸法を示している）を０．１μｍ〜０．２μｍ程度に長くでき、さらに図１に示す磁気検出素子の特徴部分である図２ないし図３のような膜面と平行な方向への断面形状を形成することで、抵抗変化量（ΔＲ）を効果的に向上させることができ、再生出力が高く実用可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００６４】
また図１に示す磁気検出素子の形態は、フリー磁性層１３の両側に固定磁性層１６が設けられた、いわばデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子であるため、フリー磁性層と固定磁性層をそれぞれ一層づつ設けたシングルスピンバルブ型薄膜素子に比べて再生出力の向上を図ることができる。
【００６５】
さらに図１のようにフリー磁性層１３、非磁性導電層１５および固定磁性層１６をトラック幅方向に並べて配置した場合には、フリー磁性層１３の形状をエッチング処理などにより図１に示す略台形状に画定した後、非磁性導電層１５、固定磁性層１６の形成を行うため３層の形成は連続的ではない。しかし図１に示す磁気検出素子でのＧＭＲ効果は、界面でのスピン依存散乱よりも磁性材料内部でのスピン依存バルク散乱が主な役割を果たすため、３層の形成が連続的でなく、非磁性導電層１５と固定磁性層１６との界面、および非磁性導電層１５とフリー磁性層１３との界面に多少のコンタミネーションやミリングダメージが残ったとしてもＭＲ特性にはさほど大きな問題とならない。よって図１に示す磁気検出素子の構造を容易且つ適切に形成でき実用可能な磁気検出素子を製造することができる。
【００６６】
ところで上記したように前記固定磁性層１６、非磁性導電層１５およびフリー磁性層１３のトラック幅方向への総合の幅寸法Ｔ３を大きく形成できるといっても、上記した幅寸法以上に大きくすると、平均自由行程の長い方のスピンを持つ伝導電子（Ｍａｊｏｒｉｔｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）、例えばアップスピンを有する伝導電子（なお以下では、平均自由行程の長い方のスピンを持つ伝導電子を「アップスピン」、前記平均自由行程の短い方のスピンを持つ伝導電子を「ダウンスピン」と定義する）が前記フリー磁性層１３を通り抜ける前の早い段階で拡散散乱（Ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を起こしてしまうため、上記幅寸法Ｔ３を適正化するとともに、フリー磁性層１３の上面１３ｃのトラック幅方向（図示Ｘ方向）への幅寸法で決定されるトラック幅Ｔｗもあまり長くてはいけない。トラック幅Ｔｗは、０．０１μｍ〜０．１μｍの範囲内であることが好ましい。
【００６７】
ところで上記したように図１に示す磁気検出素子では、前記フリー磁性層１３の膜厚Ｈ１を薄くすることで素子サイズの狭小化を図ることができるが、前記膜厚Ｈ１を薄くしすぎると、前記アップスピンを持つ伝導電子が前記フリー磁性層１３の上面１３ｃや下面１３ｂに早くぶつかって拡散散乱を起こしてしまうため、前記フリー磁性層１３の膜厚Ｈ１は３０Å以上、好ましくは５０Å以上が良いと考えられる。しかし前記フリー磁性層１３の膜厚Ｈ１を厚くするといっても、今度は前記フリー磁性層１３の単位面積当たりの磁気モーメント（飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔ、以下では単に「Ｍｓ・ｔ」と表示する）が大きくなって感度の低下を招き好ましくない。従って前記フリー磁性層１３の膜厚を大きくするにも限界があり図１に示す磁気検出素子の実用化を目指すには、前記フリー磁性層１３の形態に工夫を凝らすことが重要であるものと考えられる。
【００６８】
そこで図１に示す実施形態では、前記フリー磁性層１３の上面１３ｃにスペキュラー層（鏡面反射層）１４を設けて磁気検出素子の実用化を図っている。前記スペキュラー層１４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。例えば前記フリー磁性層１３上に３０Å程度のＴａ膜を形成し、このＴａ膜を全部酸化させることでスペキュラー層１４を形成できる。
【００６９】
前記スペキュラー層１４を設けることで、アップスピンを持つ伝導電子が、前記フリー磁性層１３の上面１３ｃにまで到達しても前記スペキュラー層１４で鏡面反射するため、前記アップスピンを持つ伝導電子のスピン拡散長（Ｓｐｉｎ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｌｅｎｇｔｈ  スピンを保存して移動できる距離）を長く伸ばすことができ、この結果、アップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程を従来に比べて伸ばすことが可能になり、磁気抵抗効果に寄与する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。
【００７０】
ところで前記スペキュラー層１４は前記フリー磁性層１３の下面１３ｂのみに設けてもよいし、前記フリー磁性層１３の上面１３ｃおよび下面１３ｂの双方に設けてもよい。
【００７１】
図５は、フリー磁性層１３の部分のみを示した図であり、前記フリー磁性層１３を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００７２】
図５では前記フリー磁性層１３の上面１３ｃおよび下面１３ｂの双方に前記スペキュラー層１４、３１が設けられている。図５では、前記シードレイヤ１２上に膜厚の薄い磁性層３０が設けられ、前記磁性層３０の上にスペキュラー層３１が設けられ、さらに前記スペキュラー層３１の上にフリー磁性層１３が形成されている。
【００７３】
前記シードレイヤ１２上に薄い膜厚の磁性層３０を設けることで、前記磁性層３０の結晶性が良くなるとともに前記フリー磁性層１３の結晶性も良好にできる。前記磁性層３０と前記フリー磁性層１３とが磁気的に分断されてしまっては、前記フリー磁性層１３と磁性層３０を一体の磁性層と見なせなくなる（即ち磁区制御しづらくなる）ので、また前記フリー磁性層１３の結晶性を良好にできないから前記磁性層３０とフリー磁性層１３間に介在するスペキュラー層３１は磁性材料の酸化物あるいは窒化物で形成され、且つ膜厚も相当に薄く形成されることが重要である。
【００７４】
例えば前記磁性層３０をＣｏＦｅ合金で形成し、その表面を酸化させることでナノメートル単位の非常に薄いスペキュラー層３１（これをナノ・オキサイド・レイヤという）を形成できる。このスペキュラー層３１には所々にピンホールが形成され、前記スペキュラー層３１を介して磁性層３０とフリー磁性層１３とが直接接合され、前記磁性層３０とフリー磁性層１３とを一体のフリー磁性層として機能させることが可能になる。
【００７５】
図６は図５と同様に、フリー磁性層１３の部分のみを示した図であり、前記フリー磁性層１３を記録媒体との対向面側から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【００７６】
図６では図５と異なり、フリー磁性層１３の下面１３ｂとスペキュラー層３１間、およびフリー磁性層１３の上面１３ｃとスペキュラー層１４間にＣｕ、Ａｕ、ＣｒあるいはＲｕなどで形成されたバックド層３２、３３が形成されている。前記バックド層３２、３３の形成により、いわゆるスピンフィルター効果（ＳｐｉｎＦｉｌｔｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）によって、例えばアップスピンを持つ伝導電子の平均自由行程が延ばされ、抵抗変化率とともに再生出力の高い磁気検出素子を製造することができる。なお図６において磁性層３０の変わりにＣｕ層を設け、このＣｕ層の表面を酸化してスペキュラー層３１を形成してもよい。この、Ｃｕ層も結晶成長の改善に寄与する。
【００７７】
なお前記スペキュラー層は、前記固定磁性層１６の下方および／または層内にも設けられている方が、再生出力および抵抗変化率の向上の観点からさらに好ましい。
【００７８】
図７は、前記フリー磁性層１３の形態を改良した磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であり、図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を表している。なお図７に示すフリー磁性層１３、非磁性導電層１５および固定磁性層１６の図示Ｘ−Ｙ平面と平行な面の断面は図２ないし図４のうちいずれかと同じである。
【００７９】
図７では、前記フリー磁性層１３が、複数の磁性層３６と前記磁性層３６間に介在する導電性の非磁性中間層３５とが交互に、膜厚方向（図示Ｚ方向）に積層されており、前記磁性層３６は全て同じ方向に磁化が揃えられた状態になっている。
【００８０】
前記非磁性中間層３５を挟んで膜厚方向（図示Ｚ方向）で対向する磁性層３６同士は、強磁性的結合（平行結合）で磁化されており、外部磁界に対し各磁性層３６が一体の磁性体のようにして磁化回転するようになっている。
【００８１】
前記強磁性的結合は、非磁性中間層３５を介したＲＫＫＹ的な強磁性結合、あるいは非磁性中間層３５に形成されたピンホールを介した直接的な交換結合作用、または非磁性中間層３５の界面粗さによる静磁結合（トポロジカル・カップリングまたはオレンジピール・カップリング）によるものを利用することができる。
【００８２】
上記した強磁性的結合を利用するには前記非磁性中間層３５の膜厚を１Å〜６Åの範囲内に設定することが好ましい。また各磁性層３６の膜厚は１０Å〜
５０Å程度であることが好ましい。
【００８３】
また図７では、前記固定磁性層１６および前記フリー磁性層１３を構成する複数の磁性層３６は、スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料であり、前記固定磁性層１６／非磁性導電層１５／フリー磁性層１３の各層の界面、および前記磁性層３６と非磁性中間層３５との界面のスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料を用いて、前記非磁性導電層１５および非磁性中間層３５が形成される。
【００８４】
前記スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料は、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）であるから、これらの中から、前記固定磁性層１６、前記フリー磁性層１３を構成する磁性層３６を形成するための材質を選択するとともに、このときスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料のＣｕを非磁性導電層１５および非磁性中間層３５を形成するための材質として選択する。
【００８５】
図７に示す磁気検出素子では次のような効果を得ることができる。まず第一に、前記フリー磁性層１３を磁性層３６と非磁性中間層３５との積層構造にすることで、フリー磁性層１３の膜厚が増えても前記フリー磁性層１３内に占める磁性層３６の体積比率を減少させることができるため、実効的なＭｓ・ｔを減少させることができ、これによって再生感度を向上させることが可能になる。
【００８６】
第二に、Ｓｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果が及ぶ界面が増えるため、ダウンスピンを持つ伝導電子がＦｉｌｔｅｒ  ｏｕｔされやくなり、アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくでき、この結果、抵抗変化率とともに抵抗変化量ΔＲを大きくでき再生出力を向上させることができる。これについては図８を用いてさらに詳しく説明する。
【００８７】
図８は、図７に示す固定磁性層１６、非磁性導電層１５およびフリー磁性層１３の一部を拡大した部分模式図である。図８に示すように固定磁性層１６は図示Ｙ方向に磁化固定され、フリー磁性層１３を構成する磁性層３６は今、図示Ｙ方向からの外部磁界の影響を受けて図示Ｙ方向に磁化が向いているとする。すなわち前記フリー磁性層１３を構成する磁性層３６および固定磁性層１６は全て同じ方向に磁化が向いた状態である。
【００８８】
このとき図８に示すように、アップスピンを持つ伝導電子は固定磁性層１６、非磁性導電層１５を通過し、さらにフリー磁性層１３内において前記フリー磁性層１３を構成する磁性層３６内および非磁性中間層３５内も通過して、やがてはスペキュラー層１４によって鏡面反射する。
【００８９】
一方、ダウンスピン▲１▼を持つ伝導電子は、フリー磁性層１３と非磁性導電層１５との界面でＳｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果によりＦｉｌｔｅｒ  ｏｕｔされており、またダウンスピン▲２▼を持つ伝導電子は前記フリー磁性層１３と非磁性導電層１５との界面や固定磁性層１６と非磁性導電層１５との界面でＦｉｌｔｅｒ  ｏｕｔされず、フリー磁性層１３内に侵入しても、前記フリー磁性層１３を構成する磁性層３６と非磁性中間層３５間の界面でＳｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果によりＦｉｌｔｅｒ  ｏｕｔされている。前記ダウンスピンを持つ伝導電子はこのように、フリー磁性層１３内に侵入しても磁性層３６と非磁性中間層３５との界面でのＳｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果によってＦｉｌｔｅｒ  ｏｕｔされる結果、アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差が大きくなり、この結果、抵抗変化特性を向上させることが可能になっているのである。
【００９０】
また図８に示すように前記フリー磁性層１３の上面１３ｃおよび下面１３ｂ、あるいはどちらか一方に既に説明したスペキュラー層１４、３４を設けると、より効果的に前記アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくできる。
【００９１】
図９は、前記固定磁性層１６の形態を改良した磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であり、図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を表している。なお図９に示すフリー磁性層１３、非磁性導電層１５および固定磁性層１６の図示Ｘ−Ｙ平面と平行な面の断面は図２ないし図４のうちいずれかと同じである。
【００９２】
図９では、前記固定磁性層１６が、複数の磁性層４０と前記磁性層４０間に介在する導電性の非磁性中間層４１とが交互に、膜厚方向（図示Ｚ方向）に積層されており、前記磁性層４０は全て同じ方向に磁化が固定された状態になっている。
【００９３】
前記非磁性中間層４１を挟んで膜厚方向（図示Ｚ方向）で対向する磁性層４０同士は、強磁性的結合（平行結合）で磁化されており、各磁性層４０が例えばハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化固定されている。前記強磁性結合の種類については上述した通りである。
【００９４】
なお前記固定磁性層１６を磁性層４０と非磁性中間層４１との積層構造で形成する場合、前記非磁性中間層４１の膜厚はフリー磁性層１３に近づくにつれて徐々に先細って形成されやすく、前記非磁性中間層４１の膜厚変動が、図８でのフリー磁性層１３の非磁性中間層３５に比べて激しい。このため前記非磁性中間層４１の膜厚調整には細心の注意を払い、最大の部分でも６Å以下の膜厚となるように調整することで上記したＲＫＫＹ的な強磁性結合等を効果的に利用でき、前記固定磁性層１６を構成する磁性層４０を全て同じ方向に磁化固定することができる。
【００９５】
また前記固定磁性層１６を構成する複数の磁性層４０および前記フリー磁性層１３は、スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料であり、前記固定磁性層１６／非磁性導電層１５／フリー磁性層１３の各層の界面、および前記磁性層４０と非磁性中間層４１との界面のスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料を用いて、前記非磁性導電層１５および非磁性中間層４１が形成される。前記スピン依存バルク散乱係数βがプラスとなる材料およびスピン依存界面散乱係数γがプラスとなる材料は上記した通りである。
【００９６】
図９のように固定磁性層１６を複数の磁性層４０と非磁性中間層４１との積層構造とした利点は以下の２つである。
【００９７】
まず第一に、フリー磁性層１３と同様に、アップスピンを持つ伝導電子の前記固定磁性層１６の上下面での拡散散乱がＭＲ特性を劣化させるため、前記固定磁性層１６の膜厚も厚くしたいにもかかわらず、あまり厚くしすぎると前記第１反強磁性層１７との交換結合磁界Ｈｅｘが前記固定磁性層１６の厚みに反比例して減少してしまうため静電破壊（ＥＳＤ）耐性等の信頼性に問題が生じてしまうが、図９のように固定磁性層１６を複数の磁性層４０と非磁性中間層４１との積層構造とすることで、前記第１反強磁性層１７と直接接する磁性層４０の膜厚は薄く、また固定磁性層１６全体のＭｓ・ｔを小さくできるために前記交換結合磁界Ｈｅｘを大きくできるとともに、前記固定磁性層１６全体の膜厚を厚くできるので、前記アップスピンを持つ伝導電子の拡散散乱を抑制することができＭＲ特性の劣化を抑制できる。なお前記固定磁性層１６の下方に前記スペキュラー層（図示しない）を設けることがより好ましい。
【００９８】
第二に、図７および図８でも説明したように、Ｓｐｉｎ  Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ効果が及ぶ界面が増えるため、ダウンスピンを持つ伝導電子がＦｉｌｔｅｒ  ｏｕｔされやくなり、アップスピンを持つ伝導電子とダウンスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくでき、この結果、抵抗変化特性を向上させることができる。
【００９９】
図１０は図９とは前記固定磁性層１６の形態が異なる磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分断面図であり、図１と同じ符号が付けられている層は図１と同じ層を表している。なお図１０に示すフリー磁性層１３、および固定磁性層１６の図示Ｘ−Ｙ平面と平行な面の断面は図２ないし図４のうちいずれかと同じである。
【０１００】
図１０では、前記固定磁性層１６は膜厚の厚い磁性層４５と前記磁性層４５に比べて膜厚の薄い磁性層４４と、前記磁性層４４、４５間に介在するスペキュラー層４３を有して構成され、前記前記磁性層４４、４５が前記スペキュラー層４３に形成されたピンホールを介して強磁性結合され、前記磁性層４４、４５は共に同じ方向（図１０ではハイト方向）に強く磁化固定されて一体の固定磁性層として機能する。
【０１０１】
図１０に示すように前記第１反強磁性層１７と直接接する磁性層４４は膜厚が薄く、この結果、前記第１反強磁性層１７と磁性層４４間に発生する交換結合磁界Ｈｅｘを強めることができる。また膜厚の厚い磁性層４５の上面にはスペキュラー層４３が存在するため、アップスピンを持つ伝導電子は前記スペキュラー層４３で鏡面反射し、前記アップスピンを持つ伝導電子のスピン拡散長を延ばすことができ抵抗変化特性の向上を図ることができる。なお図１０に示すように前記固定磁性層１６の下に非磁性導電層１５を介してスペキュラー層４２が設けられていることがより好ましい。
【０１０２】
図１０では、前記磁性層４４、４５間に介在するスペキュラー層４３は、既に説明したナノ・オキサイド・レイヤであることが好ましく、例えば前記磁性層４５をＣｏＦｅ合金で形成し、その表面を酸化させることでナノメートル単位の非常に薄いスペキュラー層４３を形成することができる。前記スペキュラー層４３をナノ・オキサイド・レイヤで形成することで、前記磁性層４４と磁性層４５とを一体の固定磁性層として効果的に機能させることができる。
【０１０３】
次に前記フリー磁性層１３の磁化制御手段について以下に説明する。図１ないし図１０ではいずれの実施形態においても前記フリー磁性層１３はハードバイアス層１９から供給される縦バイアス磁界によって磁化がトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０１０４】
適切な大きさの前記縦バイアス磁界を前記フリー磁性層１３に供給するには、図１に示す固定磁性層１６の膜厚中心でのトラック幅方向における幅寸法Ｔ４を５０Å以上１０００    Å以下とすることが好ましく、これにより前記ハードバイアス層１９から前記固定磁性層１６を介して前記フリー磁性層１３にまで前記縦バイアス磁界がさほど減衰することなく供給され、前記フリー磁性層１３をトラック幅方向に単磁区化することができる。
【０１０５】
また高記録密度化に伴い素子全体の狭小化が進む近年にあっては、図１のように前記フリー磁性層１３とハードバイアス層１９とを所定距離離して対向させる方が、適度な大きさの縦バイアス磁界を前記フリー磁性層１３に供給することができ前記フリー磁性層１３の磁化が外部磁界（媒体磁界）により回転しやすくできて好ましい。
【０１０６】
ただし前記フリー磁性層１３の磁化制御方法には図１ないし図１０に示すハードバイアス層１９を用いたものに限られず、図示しないが例えば、前記フリー磁性層１３の上方あるいは下方に絶縁層を介して磁性層と反強磁性層からなる交換結合膜や硬磁性層を設け、前記磁性層あるいは硬磁性層とフリー磁性層１３間の端部間で発生する静磁結合を利用したＩｎ−Ｓｔａｃｋバイアス手段、前記フリー磁性層１３の下あるいは上に非磁性導電層を介して反強磁性層設け、この反強磁性層との弱い交換結合（前記フリー磁性層１３と反強磁性層間に介在する非磁性導電層を介した間接的な交換結合）を利用したＩｎ−Ｓｔａｃｋバイアス手段、前記フリー磁性層１３の上方あるいは下方にＲｕなどの非磁性層を介して磁性層と反強磁性層からなる交換結合膜を設け、前記磁性層とフリー磁性層１３間に発生する弱い反平行結合（弱いＲＫＫＹ的結合）を利用したＩｎ−Ｓｔａｃｋバイアス手段などを用いることができる。これらのバイアス手段はいずれも前記フリー磁性層１３の上方あるいは下方に反強磁性層や硬磁性層を設けるので、前記固定磁性層１６の両側に前記ハードバイアス層１９を用いた磁化制御手段に比べてギャップ長が広がるといった不利な点はあるものの、前記フリー磁性層１３の磁化を制御する手段としては効果的な方法の一つである。
【０１０７】
また図１ないし図１０ではいずれも前記固定磁性層１６はＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金などの軟磁性材料で形成され、前記固定磁性層１６の上面に第１反強磁性層１７が設けられ、前記第１反強磁性層１７との間で発生する交換結合磁界を利用して前記固定磁性層１６の磁化をハイト方向に固定するものであったが、例えば前記固定磁性層１６を硬磁性材料で形成することも可能である。
【０１０８】
図１１は、硬磁性材料で形成された固定磁性層５０を有する磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１０９】
図１１では、前記固定磁性層５０を硬磁性材料で形成するため、前記固定磁性層５０の外側端面に前記フリー磁性層１３の磁化制御手段としてのハードバイアス層１９を設けることはできず、例えばフリー磁性層１３の磁化制御手段として、上記したＩｎ−Ｓｔａｃｋバイアス手段を用いる。
【０１１０】
図１１では前記フリー磁性層１３の上面１３ｃに絶縁層６２を設け、さらに前記絶縁層６２の上に強磁性層６０、反強磁性層６１（ここでは便宜上、前記反強磁性層６１を第２反強磁性層と称する）を設ける。前記第２反強磁性層６１と強磁性層６０間に交換結合磁界を生じさせ、前記強磁性層６０をトラック幅方向に磁化固定し、前記強磁性層６０のトラック幅方向（図示Ｘ方向）における両側端部と前記フリー磁性層１３のトラック幅方向における両側端部間に発生する静磁結合を用いて前記フリー磁性層１３の磁化をトラック幅方向に揃える。
【０１１１】
図１１に示すように前記フリー磁性層１３下に設けられたシードレイヤ１２から前記第２反強磁性層６１までの各層のトラック幅方向における両側端面を湾曲面あるいは傾斜面で形成し、前記各層の両側端面に非磁性導電層１５を介してＣｏＰｔ合金やＣｏＰｔＣｒ合金などの硬磁性材料で形成された固定磁性層５０を設ける。前記固定磁性層５０は磁場中成膜やヘッド完成後の着磁処理などによって図示Ｙ方向に磁化固定されている。
【０１１２】
図１１に示す実施形態であれば、前記固定磁性層５０の磁化制御が簡単になる。またフリー磁性層１３の磁化制御も、ハードバイアス層１９を用いて行う場合のように、縦バイアス磁界の大きさと固定磁性層１６の機能を十分発揮させるために、前記固定磁性層１６のトラック幅方向への幅寸法を適切に調整する必要性が無くなり、前記絶縁層６２の膜厚調整等で前記フリー磁性層１３の磁化を容易に単磁区化できる。
【０１１３】
また前記固定磁性層５０の上に設けられた電極層２２の内側先端部２２ａを前記固定磁性層５０の内側先端部５０ａからトラック幅方向に離すことで、前記電極層２２から流れるセンス電流の分流ロスを抑制することができ再生出力の大きい磁気検出素子を製造することが可能になる。
【０１１４】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなどにも使用可能なものである。
【０１１５】
以上本発明をその好ましい実施形態に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。
【０１１６】
なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によれば、フリー磁性層、非磁性導電層および固定磁性層がトラック幅方向に並んで設けられ、電流が前記固定磁性層、非磁性導電層およびフリー磁性層の各層に貫いて流れる磁気検出素子の実用化を図ることができる。
【０１１８】
具体的には、前記フリー磁性層および固定磁性層を膜面と平行な方向から切断した断面において、前記フリー磁性層のハイト側後端部をトラック幅方向に平行に延ばすとともに、その延長線上に連続して、前記非磁性導電層のハイト側後端部と、前記固定磁性層のハイト側後端部の少なくとも一部とを位置させることで、前記固定磁性層の前記フリー磁性層との近傍での電流密度を向上させることができ効果的に再生出力を向上させることができる磁気検出素子を製造することができる。
【０１１９】
また例えば、前記フリー磁性層の上方や下方にスペキュラー層を設けたり、また前記フリー磁性層を複数の磁性層と非磁性中間層との積層構造にするなどにより、抵抗変化率の向上とともに抵抗変化量ΔＲを大きくでき再生出力の向上を図ることができる。
【０１２０】
さらには前記フリー磁性層の磁化制御手段を確立することで前記フリー磁性層の単磁区化を促進でき、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することができる。
【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と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】図１に示す磁気検出素子のフリー磁性層、非磁性導電層および固定磁性層をＡ−Ａ線に沿って図示Ｘ−Ｙ平面と平行な方向から切断し、その切断面を真上から見た部分断面図
【図３】図２とは異なる形態の前記部分断面図、
【図４】図２とは異なる形態の前記部分断面図、
【図５】図１とは異なる形態のフリー磁性層の部分を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分拡大断面図、
【図６】図１とは異なる形態のフリー磁性層の部分を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た部分拡大断面図、
【図７】図１とは異なる本発明の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図８】図７に示すフリー磁性層、非磁性導電層および固定磁性層の一部分を拡大した部分拡大模式図、
【図９】図１とは異なる本発明の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１０】図１とは異なる本発明の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図１１】図１とは異なる本発明の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面と平行な方向から切断し、その切断面を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【符号の説明】
１０  下部シールド層
１１  下部ギャップ層
１２  シードレイヤ
１３  フリー磁性層
１４、３０、４３  スペキュラー層
１５  非磁性導電層
１６、５０  固定磁性層
１７  反強磁性層（第１反強磁性層）
１９  ハードバイアス層
２２  電極層
３２、３３  バックド層
３５、４１  非磁性中間層
３６、４０、４４、４５  磁性層
６０  強磁性層
６１  反強磁性層（第２反強磁性層）
６２  絶縁層
【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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【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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