(57)【要約】【課題】大きなＭＲ変化率で、Ｓ／Ｎ比及び耐久性を向上させる巨大磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】磁化固着層５２及び磁化自由層６０の間に積層され、Ｍx-yＡyＤＯ3-z（ここで、Ｍは元素周期表のI族元素及びタリウムのうちから選ばれた元素、ＡはII族元素の内から選ばれた元素、ＤはＶＡ族元素及びVIＡ族元素のうちから選ばれた元素であり、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ、０．１≦ｘ≦１．４、０≦ｙ≦０．５・ｘ、及び０≦ｚ≦０．７を満たす。）で表わされる酸化層を有する常磁性伝導層５６を備える。【選択図】図１
2005217377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固着層及び磁化自由層の間に積層され、Ｍx-yＡyＤＯ3-z（ここで、Ｍは元素周期表のI族元素及びタリウムのうちから選ばれた元素、ＡはII族元素の内から選ばれた元素、ＤはＶＡ族元素及びVIＡ族元素のうちから選ばれた元素であり、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ、０．１≦ｘ≦１．４、０≦ｙ≦０．５・ｘ、及び０≦ｚ≦０．７を満たす。）で表わされる酸化層を有する常磁性伝導層を備えることを特徴とする巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記酸化層が、単斜晶系の結晶構造を含み、一結晶軸方向が前記磁化固着層、前記常磁性伝導層、前記磁化自由層の積層方向にあることを特徴とする請求項１に記載の巨大磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記酸化層のＭx-yＡyが、前記一結晶軸方向に一次元鎖状に連なっていることを特徴とする請求項２に記載の巨大磁気抵抗効果素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す構造の巨大磁気抵抗効果素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク（ＨＤＤ）等の磁気記録再生装置においては高密度化が急速に進展している。磁気記録再生装置の記録密度が高くなるにつれて記録媒体上の記録ビットサイズが小さくなり、信号磁界が小さくなってきている。従来の磁気ヘッドにおいては、記録媒体からの信号磁界を電磁誘導効果により検出しているが、もはや十分な検出感度を確保できなくなっている。
【０００３】
これに対して現在、巨大な磁気抵抗効果を発生するスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子（以下、ＧＭＲ素子と称す）を用いた磁気ヘッドが主流をなしている。ＧＭＲ素子の磁気抵抗効果層は、磁化固着層／中間層／磁化自由層という積層構造を有し、非常に大きな磁気抵抗効果を発揮する。磁化固着層及び磁化自由層にはコバルト（Ｃｏ）やコバルト鉄（ＣｏＦｅ）等の磁性金属が用いられ、中間層には銅（Ｃｕ）等の常磁性金属が用いられる。磁化固着層の磁化方向は固定されているが、磁化自由層の磁化方向は外部磁界信号により変化する。中間層を流れる伝導電子のスピンには、例えばアップ及びダウンの２つの方向がある。例えば、磁化固着層及び磁化自由層の磁化方向が平行であれば、磁化方向に平行なスピンの伝導電子は、中間層と磁化固着層及び磁化自由層との界面で散乱されにくい。一方、磁化自由層の磁化方向が磁化固着層と反平行の場合は、両方向のスピンの伝導電子が共に界面で散乱されやすくなる。したがって、磁気抵抗効果層は、磁化固着層及び磁化自由層の磁化方向が平行のときと比べ、反平行のとき電気抵抗率が大きく増加するため、磁気抵抗（ＭＲ）変化率が向上する。
【０００４】
磁気抵抗効果層としては、一対の電極によって磁気抵抗効果層の面内方向にセンス電流を通電する、いわゆる面内通電（ＣＩＰ）型の構成が一般的である。ＣＩＰ型の磁気ヘッドにおいては、強磁性体からなる一対の磁気シールドの間に絶縁体からなる磁気ギャップを介して磁気抵抗効果層が設けられたシールド型の構成が採用されている。
【０００５】
面内磁気記録方式の磁気記憶システムにおいては、熱擾乱のために記録密度が限界に近づいている。そこで、熱擾乱に強い垂直磁気記録方式のシステムが有望視され、様々な垂直記録媒体とシールド型のＣＩＰ型磁気ヘッドとを組み合わせたシステムが提案されている。しかし、ＣＩＰ型磁気ヘッドでは、記憶密度の増大により素子サイズが減少し再生出力が低下するため、記録密度は１００Ｇｂｐｓｉ程度で理論的限界に達する。
【０００６】
これに対して最近、一対の電極から磁気抵抗効果層面に対して垂直方向にセンス電流を通電する、いわゆる垂直通電（ＣＰＰ）型磁気ヘッドが提案されている。ＣＰＰ型磁気ヘッドでは微細化が可能であり、更に高い記録密度まで到達が可能である。そのため、現在ＣＰＰ型磁気ヘッドの実用化に向けた開発が進められている。
【０００７】
また、磁気抵抗効果層の中間層の一部に絶縁層を用いたトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子を用いたＣＰＰ型磁気ヘッドが開発されている。ＴＭＲ素子では、電気抵抗率が大きくＭＲ変化率もＣＩＰ型のＧＭＲ素子に比べて大きくできる。更に、中間層の一部に小さなメタルホールを有する絶縁層を埋め込んだナノオキサイドレイヤー（ＮＯＬ）を用いることにより、電流パスを狭窄化する電流狭窄（ＣＣＰ）型のＧＭＲ素子が試みられている（例えば、特許文献１参照）。ＣＣＰ型ＧＭＲ素子は、ＴＭＲ素子と同様に、電気抵抗率の増大化に有効である。また、センス電流が中間層と強磁性体層との界面に集中して通過するため、界面散乱効果が強調されＭＲ変化率も相当なレベルに達している。現在、ＣＣＰ型ＧＭＲ素子は性能的には最も実用化に近いところにある。
【特許文献１】特開平６−２１５２９号公報（第４−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＣＰＰ型磁気ヘッドのＧＭＲ素子の磁気抵抗効果層は、極薄の金属積層膜を中間層として用いているため、電気抵抗率の値は著しく小さく十分な利得を得ることが難しい。磁気抵抗効果層の電気抵抗率の値を大きくしＭＲ変化率を大きくするために、ＧＭＲ素子を多重に積層しているものがある。しかし、ＧＭＲ素子を多重化すれば記録密度は低下することとなり本質的解決とはならない。また、ＴＭＲ素子では、中間層に絶縁層を用いているため、電気抵抗率が大きく十分なＭＲ変化率を実現できるが、ノイズが著しく高く十分な信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比が得られない。さらに、ＣＣＰ型ＧＭＲ素子では、狭窄化された電流パスで発生するジュール熱のため耐電性等の耐久性に劣るという欠点がある。
【０００９】
本発明の目的は、このような課題を解決し、大きなＭＲ変化率で、良好なＳ／Ｎ比を実現でき、耐久性を向上させる磁気抵抗効果層を有するＧＭＲ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の態様は、磁化固着層及び磁化自由層の間に積層され、Ｍx-yＡyＤＯ3-z（ここで、Ｍは元素周期表のI族元素及びタリウムのうちから選ばれた元素、ＡはII族元素の内から選ばれた元素、ＤはＶＡ族元素及びVIＡ族元素のうちから選ばれた元素であり、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ、０．１≦ｘ≦１．４、０≦ｙ≦０．５・ｘ、及び０≦ｚ≦０．７を満たす。）で表わされる酸化層を有する常磁性伝導層を備える巨大磁気抵抗効果素子であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大きなＭＲ変化率で、良好なＳ／Ｎ比を実現でき、耐久性を向上させる磁気抵抗効果層を有するＧＭＲ素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子は、図１に示すように、下部電極層７４と、下部電極層７４上に設けられた反強磁性層７６と、反強磁性層７６上に設けられた磁気抵抗効果層５０と、磁気抵抗効果層５０上に設けられた上部電極層８０を備える。磁気抵抗効果層５０及び反強磁性層７６は、上部電極層８０から下部電極層７４に向かって台形状に傾斜した側面を有する。磁気抵抗効果層５０及び反強磁性層７６の側面から下部電極層７４の表面に沿って、絶縁層６２が設けられている。台形状の磁気抵抗効果層５０及び反強磁性層７６の外側の領域には、上部電極層８０及び下部電極層７４の間に絶縁層６２を介して硬磁性層６４が設けられている。磁気抵抗効果層５０は、反強磁性層７６上に順次積層された磁化固着層５２、中間層５１、及び磁化自由層６０を有する。中間層５１は、磁化固着層５２上に順次積層された磁気結合遮断層５４、常磁性伝導層５６、及び界面調整層５８を有する。
【００１４】
下部電極層７４と上部電極層８０は、磁化固着層５３と磁化自由層６０にそれぞれ電気的に接続し、磁気抵抗効果層５０に対してその膜面に垂直な方向に電流を流すように形成されている。
【００１５】
反強磁性層７６は、例えば、マンガン白金（ＭｎＰｔ）等の反強磁性体である。磁化固着層５２及び磁化自由層６０は、ＣｏＦｅ等の磁性体である。中間層５１の磁気結合遮断層５４及び界面調整層５８は、Ｃｕ等の常磁性体であり、常磁性伝導層５６は、ルビジウムモリブデン酸化物（Ｒｂ0.3ＭｏＯ3）等の一次元電気伝導体の性質を有する複合酸化物の酸化層である。また、絶縁層６２は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁体であり、硬磁性層６４は、コバルト白金（ＣｏＰｔ）等の強磁性体である。
【００１６】
磁化固着層５２は反強磁性層７６と交換結合することにより、磁化が所定の方向に固定されている。磁気結合遮断層５４を含む中間層５１は、磁化固着層５２と磁化自由層６０との磁気的な結合を遮断するスペーサ層としての役割を有する。磁化自由層６０は、外部磁場の影響を受けて磁化方向の変更が可能となる程度に、硬磁性層６４により磁化方向を弱く固定されている。例えば、外部磁界信号に反応して、磁化固着層５２の磁化方向に直交する方向で磁化自由層６０の磁化方向が１８０度切り替えられるように制御される。
【００１７】
常磁性伝導層５６は、例えば図２（ａ）に示すように、第１の原子Ｍ、第２の原子Ｄ、及び酸素（Ｏ）原子から構成される複合酸化物である。第１の原子Ｍは、紙面の上下方向の結晶軸に沿って一次元的に連なる鎖を構成する。１個の第２の原子Ｄ及び６個のＯ原子の８面体ＤＯ6は複数個結合して、第１の原子Ｍの鎖に対して平行な鎖を構成する。また、第１の原子Ｍの鎖及び８面体ＤＯ6の鎖は、交互に配列されている。図２（ｂ）に示すように、第２の原子Ｄは８面体の中心に配置され、Ｏは８面体の各頂点に配置されている。複合酸化物の結晶構造は、単斜晶系であり、鎖の配列方向の結晶軸はｂ軸である。例えば、図２（ａ）に示した複合酸化物は、Ｍ0.3ＤＯ3と表わせる。第１及び第２の原子Ｍ、Ｄはそれぞれ１価及び３価の陽イオンであり、Ｏは２価の陰イオンである。例えば、常磁性伝導層５６がＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物であれば、第１の原子ＭはＲｂで、第２の原子ＤはＭｏである。Ｒｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物では、Ｍｏは、酸素６配位である。
【００１８】
本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子はＣＰＰ型であり、上部電極層８０及び下部電極層７４の間で、図１に示した磁気抵抗効果層５０の各層の積層方向にセンス電流が通電される。磁気抵抗効果層５０の常磁性伝導層５６に用いる複合酸化物結晶内の電導パスは、図２に示すｂ軸に沿って配列した第１の原子Ｍの鎖にある。このため、複合酸化物結晶の酸化層は一次元電気伝導体の性質を示す。また、酸化層は、ｂ軸が磁気結合遮断層５４及び界面調整層５８の対向する面に垂直になるように形成される。
【００１９】
本発明の実施の形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した第１及び第２の原子Ｍ、Ｄの元素としてＲｂ及びＭｏを用いている。しかし、第１及び第２の原子Ｍ、Ｄは、上記の元素に限定されない。例えば、第１の原子ＭとしてＲｂ以外に、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、Ｃｕ、銀（Ａｇ）等のI族元素、及びタリウム（Ｔｌ）等の金属元素のいずれかを用いてもよい。第２の原子ＤとしてＭｏ以外に、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）等のＶＡ族元素、及びタングステン（Ｗ）等のVIＡ族元素の金属元素のいずれかを用いてもよい。また、第１の原子ＭであるI族元素及びＴｌ等の金属元素もいずれかに、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）及びバリウム（Ｂａ）等のII族元素からなる金属元素の少なくとも一つを０．５モル比以下で添加してもよい。また、Ｏだけでなく、Ｏに、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のVIＢ族元素、及びフッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）等のVIIＢ族元素のうち少なくとも一つを添加してもよい。なお、第１の原子Ｍ及びＯのモル数は、第２の原子Ｄが１モルであるのに対し、それぞれ０．１から１.４、及び２．３から３の範囲であればよい。
【００２０】
例えば、第１の原子Ｍに添加するII族元素を“Ａ”とすると、常磁性伝導層５６に用いる複合酸化物は、Ｍx-yＡyＤＯ3-zと表わされる。ここで、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれ、０．１≦ｘ≦１．４、０≦ｙ≦０．５・ｘ、及び０≦ｚ≦０．７を満たす。
【００２１】
従来のＴＭＲ素子の場合には、センス電流は中間層に用いられるＡｌ2Ｏ3等の絶縁層をトンネリングにより通過する。これに対して、本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子では、図１に示した常磁性伝導層５６の複合酸化物は一次元電気伝導体であり、Ａｌ2Ｏ3に比べて著しく電気伝導度が大きい。しかし、複合酸化物は、単体の金属に比べれば２〜３桁程度抵抗が大きく半導体的な特性を有する。また、複合酸化物のフェルミレベルは、Ｃｕの仕事関数に比べ、室温の熱エネルギの２〜３倍程度かそれ以下だけ低くなっている。このように、複合酸化物である常磁性伝導層５６のフェルミレベルが、Ｃｕの磁気結合遮断層５４及び界面調整層５８より若干低いため、常磁性伝導層５６と、磁気結合遮断層５４及び界面調整層５８との接合には、電位障壁が形成されず、オーミック特性を示す。また、複合酸化物は一次元電気伝導体であるため、フェルミ面での電子の状態密度が大きく、同時にバンド幅が小さい。このため、電子の同一スピン間の遷移確率と異種スピン間の遷移確率との比が増大する。その結果、本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子のＭＲ変化率が増大する。
【００２２】
上記のように、本発明の実施の形態に係る常磁性伝導層５６に用いる酸化層は一次元電気伝導体で半導体的な特性を有する。したがって、常磁性伝導層５６を有する中間層５１の電気抵抗率は、従来のＧＭＲ素子の中間層に用いられるＣｕに比べて、大きくすることができる。また、常磁性伝導層５６と、磁気結合遮断層５４及び界面調整層５８との接合には電位障壁が無いため、接触抵抗は無視でき、中間層５１の電気抵抗値は常磁性伝導層５６に用いる酸化層の電気抵抗率により求められる。
【００２３】
また、Ａｌ2Ｏ3等の絶縁層を用いる従来のＴＭＲ素子に比べると、常磁性伝導層５６に複合酸化物を用いた中間層５１の電気抵抗率は適度な大きさを有し、中間層５１で発生する雑音を抑制することが可能となる。また、本発明の実施の形態では、センス電流は、図１に示した磁気抵抗効果層５０に垂直な方向に、狭窄化されることなく中間層５１を通過するため、ジュール熱による耐電性等の耐久性の劣化が抑制される。
【００２４】
従来のＣＩＰ型のＧＭＲ素子では、中間層にＣｕを用いて、大きなＭＲ変化率を得ている。中間層のＣｕと、中間層を挟む磁化固着層及び磁化自由層に用いられているＣｏあるいはＣｏＦｅの仕事関数はいずれも約４．５ｅＶである。例えば、中間層にチタン（Ｔｉ）等のように仕事関数が約４ｅＶと大きく異なる金属を用いると、ＭＲ変化率は小さいことがわかっている。即ち、大きなＭＲ変化率を得るには、中間層、磁化固着層及び磁化自由層のそれぞれのフェルミレベルはほぼ同じレベルとすることが必要である。本発明の実施の形態に係る中間層５１の常磁性伝導層５６では、複合酸化物のフェルミレベルはＣｕのフェルミレベルにかなり近く、且つ、電子の状態密度が高いため、十分に大きなＭＲ変化率を実現することが可能となる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子の製造方法を、図３〜図７に示す工程断面図を用いて説明する。ここでは、常磁性伝導層５６にＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物を用いた場合について説明する。
【００２６】
（イ）まず、図３に示すように、シリコン（Ｓｉ）等の基板７０の表面に、スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、タンタル（Ｔａ）等の緩衝層７２、Ｃｕ等の下部電極層７４、ＭｎＰｔ等の反強磁性層７６、ＣｏＦｅ等の磁化固着層５２、及びＣｕ等の磁気結合遮断層５４を順次積層する。各層の厚さはそれぞれ、例えば、緩衝層７２が約５ｎｍ、下部電極層７４が約２００ｎｍ、反強磁性層７６が約１０ｎｍ、磁化固着層５２が約３ｎｍ、及び磁気結合遮断層５４が約０．２ｎｍである。ここで、基板７０の表面に成膜される緩衝層７２は、多結晶となる。その結果、下部電極層７４から磁気結合遮断層５４に至る各層は、緩衝層７２の多結晶にエピタキシャル成長した多結晶として成膜される。
【００２７】
（ロ）次に、磁気結合遮断層５４の表面に常磁性伝導層５６の成膜を行う。まず、例えば、基板７０をフッ化アルゴン（ＡｒＦ）あるいはフッ素（Ｆ2）ガスエキシマレーザを用いたレーザスパッタ装置の成膜チャンバに装着し、到達真空度１０-5Ｐａ以下となるまで排気する。モル比がＲｂ：Ｍｏ：Ｏ＝０．３：１：３の組成の混合ターゲットを用いて、Ｒｂ0.3ＭｏＯ3膜を磁気結合遮断層５４の表面に堆積する。レーザスパッタの成膜速度は、例えば０．０２〜０．１ｎｍ／秒で行う。その後、成膜されたＲｂ0.3ＭｏＯ3膜は、必要に応じてイオンビーム照射により結晶化処理が実施される。イオンビーム照射条件は、成膜されたＲｂ0.3ＭｏＯ3膜のエッチングが顕著に生じない範囲で適宜選択される。例えば、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いる場合、加速電圧を約５０Ｖ、投入電力を約５０Ｗ程度として照射すればよい。イオンビームのイオン種としてはＡｒ以外に、例えばキセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）等の希ガス元素を用いることができる。このような成膜プロセスにより、図４に示すように、厚さが約０．８ｎｍのＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物の常磁性伝導層５６が、磁気結合遮断層５４上に形成される。
【００２８】
（ハ）次に、図５に示すように、常磁性伝導層５６の表面上に、スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、Ｃｕ等の界面調整層５８、及びＣｏＦｅ等の磁化自由層６０を順次積層する。各層の厚さはそれぞれ、例えば、界面調整層５８が約０．２ｎｍ、及びＣｏＦｅ等の磁化自由層６０が約３ｎｍである。磁化固着層５２の磁気モーメントを揃えるため、約５ｋＯｅ（キロエルステッド）の磁界を磁化方向に印加した状態で、約２７０℃で約１０時間の熱処理が行われる。ここで、常磁性伝導層５６と、常磁性伝導層５６を挟む磁気結合遮断層５４及び界面調整層５８とにより中間層５１が形成される。また、中間層５１と、中間層５１を挟む磁化固着層５２及び磁化自由層６０とにより磁気抵抗効果層５０が形成される。なお、磁化自由層６０の表面にＴａ等の保護層を設けてもよい。
【００２９】
（ニ）次に、フォトエッチング技術等により、レジストマスクを用いて磁気抵抗効果層５０及び反強磁性層７６の一部を選択的に除去して台形状に残す。磁気抵抗効果層５０の最表面の磁化自由層６０は、例えば直径が１μｍ以下、例えば７０ｎｍの略円形状に形成される。引き続き、例えばリフトオフ技術を用いて、図６に示すように、スパッタ法によりＡｌ2Ｏ3等の絶縁層６２、及びＣｏＰｔ等の硬磁性層６４を、台形状の磁気抵抗効果層５０及び反強磁性層７６の側面、並びに反強磁性層７６の表面に選択的に成膜する。なお、絶縁層６２は硬磁性層６４及び下部電極層７４間のトンネル注入が生じないように１０ｎｍ以上の厚さにしている。
【００３０】
（ホ）その後、図７に示すように、スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、Ｃｕ等の上部電極層８０が露出した磁化自由層６０、絶縁層６２、及び硬磁性層６４の表面に成膜される。このようにして、本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子が完成する。
【００３１】
ここで、ＧＭＲ素子の各層の膜厚は、蛍光Ｘ線分析を用いて、各元素のシグナル強度により確認できる。また、常磁性伝導層５６のＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物の配向方向は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定その他により確認できる。例えば、複合酸化物のｂ軸が積層面に対して垂直方向となる“０１０”配向であれば、表面に平行な方向からＸ線を入射させてＸＲＤ測定を行うと、回折角２θが９°〜１１°、１３°〜１５°、及び１７°〜１９°の３箇所に回折強度ピークが観測される。図４に示した常磁性伝導層５６の表面に平行な方向からＸ線を入射させてＸＲＤ測定を行った結果、図８に示すように、回折角２θが９．９°、１４．６°、及び１８．４°にそれぞれ回折強度ピークＰ１、Ｐ２、及びＰ３が測定されている。したがって、常磁性伝導層５６のＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物のｂ軸が積層面に対して垂直方向に配向していることが確認できる。
【００３２】
また、常磁性伝導層５６の酸化の度合いは、図４に示した常磁性伝導層５６のＣｕＡｌＯ2複合酸化物の表面に保護膜としてルテニウム（Ｒｕ）金属を約２ｎｍ積層した試料を作製してＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）及びオージェ電子分光分析（ＡＥＳ）により確認できる。分析によれば、Ｍｏはほぼ全て６価のイオンＭｏ6+であり、僅かに５価のイオンＭｏ5+が存在している。また、Ｒｂは全て１価のイオンＲｂ+状態であり、磁化固着層５２のＣｏ及びＦｅは全て金属（０価）のみである。
【００３３】
作製したＧＭＲ素子については、ＭＲ変化率、シート抵抗ＲＡ及びＳ／Ｎ比を測定する。また、ＧＭＲ素子に流すセンス電流を徐々に増大させてＧＭＲ素子に印加される電圧とＧＭＲ素子の抵抗値の関係を検査する試験を実施すれば、急激に抵抗値が減少し始める電圧、いわゆるブレークダウン電圧が測定できる。
【００３４】
例えば、図１に示した常磁性伝導層５６としてＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物を用いたＧＭＲ素子の規格化抵抗値の温度特性は、図９に示すように、室温（３００Ｋ）以下の低温領域でほぼ温度によらず一定となる。ここで、規格化抵抗値は、各温度でのＧＭＲ素子の抵抗値を室温の抵抗値で割り算したものである。図９には、比較例として、常磁性伝導層５６に代えてＣｕを用いた従来のＣＰＰ型のＧＭＲ素子、及びＡｌ2Ｏ3を用いたＴＭＲ素子の規格化抵抗値の温度特性を併せて示してある。一般に、ＴＭＲ素子の電気抵抗率は温度を下げると増大し、従来のＧＭＲ素子の電気抵抗率は、逆に減少するという特徴がある。このように、従来のＧＭＲ素子やＴＭＲ素子と比較して、常磁性伝導層５６としてＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物を用いたＧＭＲ素子の電気抵抗率は安定した温度特性となっている。
【００３５】
また、図１０の表には、本発明の実施の形態に係る試料番号１〜１６、及び比較例に係る試料番号１７〜２２のＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子のＭＲ変化率、シート抵抗ＲＡ、ブレークダウン電圧、及びＳ／Ｎ比等の素子特性が示されている。常磁性伝導層５６としてＲｂ0.3ＭｏＯ3複合酸化物を用いたＧＭＲ素子（試料番号１）のＭＲ変化率及びシート抵抗ＲＡはそれぞれ、１７．５％及び５４０Ωμｍ2と大きく、実用的に十分な特性となっている。また、ブレークダウン電圧も、７２０ｍＶと高い。中間層としてＣｕのみ用いる比較例（試料番号１７）では、ＭＲ変化率及びシート抵抗ＲＡがそれぞれ、０．２％及び６０Ωμｍ2と低すぎ、また、ブレークダウン電圧も１１０ｍＶと劣っている。Ｓ／Ｎ比は、試料番号１及び試料番号１７ともに良好である。一方、比較例としてＡｌ2Ｏ3層を用いたＴＭＲ素子（試料番号１８）では、ＭＲ変化率及びブレークダウン電圧がそれぞれ、３２％及び９２０ｍＶと優れた特性を示しているが、シート抵抗ＲＡが２７０００Ωμｍ2と異常に高く、Ｓ／Ｎ比が悪く実用には適さない。
【００３６】
図１０には、常磁性伝導層５６の複合酸化物に、試料番号２としてカリウムモリブデン酸化物（Ｋ0.3ＭｏＯ3）、試料番号３としてタリウムモリブデン酸化物（Ｔｌ0.3ＭｏＯ3）、試料番号４としてナトリウムバナジウム酸化物（Ｎａ0.6Ｖ2Ｏ5）、試料番号５として銅バナジウム酸化物（Ｃｕ0.9Ｖ2Ｏ5）、試料番号６として銅バナジウム酸化物（Ｃｕ2.2Ｖ4Ｏ11）、試料番号７としてルビジウムバリウムモリブデン酸化物（Ｒｂ0.2Ｂａ0.1ＭｏＯ3）、試料番号８としてカリウムバリウムモリブデン酸化物（Ｋ0.2Ｂａ0.1ＭｏＯ3）、試料番号９としてタリウムバリウムモリブデン酸化物（Ｔｌ0.2Ｂａ0.1ＭｏＯ3）、試料番号１０としてナトリウムストロンチウムバナジウム酸化物（Ｎａ0.4Ｓｒ0.2Ｖ2Ｏ5）、試料番号１１として銅マグネシウムバナジウム酸化物（Ｃｕ0.8Ｍｇ0.1Ｖ2Ｏ5）、試料番号１２として銅カルシウムバナジウム酸化物（Ｃｕ2.0Ｃａ0.1Ｖ4Ｏ11）、試料番号１３としてナトリウムニオブ酸化物（Ｎａ0.6Ｎｂ2Ｏ5）、試料番号１４として銅ニオブ酸化物（Ｃｕ0.9Ｎｂ2Ｏ5）、試料番号１５としてナトリウムタングステン酸化物（Ｎａ0.6ＷＯ3）、試料番号１６として銅タングステン酸化物（Ｃｕ0.9ＷＯ3）を用いたＧＭＲ素子の試料番号２〜１６の素子特性が示されている。また、図１０には常磁性伝導層５６に代えて、試料番号１９に、絶縁層としてマグネシウム酸化物（ＭｇＯ）を用いたＴＭＲ素子、試料番号２０〜２２に、半導体である酸化錫（ＳｎＯ2）、ランタンニッケル酸化物（ＬａＮｉＯ3）、及び酸化第一銅（ＣｕＯ）を用いたＧＭＲ素子の素子特性も比較例として併せて示されている。
【００３７】
図１０の表から明らかなように、本発明の実施の形態に係る複合酸化物をＧＭＲ素子の中間層５１の常磁性伝導層５６として用いる試料番号２〜１６は、いずれもＭＲ変化率が１６．４〜１９．５％、シート抵抗ＲＡが６７０〜９７０Ωμｍ2と試料番号１と同様に大きな値を有している。また、ブレークダウン電圧も７４０〜９４０ｍＶと十分高いことがわかる。これに対し、常磁性伝導層５６に代えてＭｇＯを用いた試料番号１９のＴＭＲ素子では、ＭＲ変化率及びブレークダウン電圧はともに２７％及び１０８０ｍＶと十分大きいが、Ｓ／Ｎ比が悪く実用的に問題である。また、常磁性伝導層５６に代えてＳｎＯ2、ＬａＮｉＯ3及びＣｕＯを用いた試料番号２０〜２２は、Ｓ／Ｎ比がよくブレークダウン電圧も４５０〜７４０ｍＶと十分大きい。しかし、ＳｎＯ2、ＬａＮｉＯ3及びＣｕＯの半導体材料のフェルミレベルが磁化固着層あるいは磁化自由層のフェルミレベルと大きく異なっているため、ＭＲ変化率が０.４％以下と著しく小さい。試料番号１〜１６は、試料番号１７〜２２に比べ素子特性が総合的に勝っていることがわかる。このように、本発明の実施の形態に係るＧＭＲ素子よれば、大きなＭＲ変化率で、良好なＳ／Ｎ比を実現でき、耐久性を向上させることが可能となる。
【００３８】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３９】
本発明の実施の形態では、常磁性伝導層５６として単斜晶系の構造の複合酸化物を用いているが、複合酸化物の構造は限定されない。他の結晶構造であっても、電気伝導度に一次元性を有し、磁化固着層５２及び磁化自由層６０のそれぞれのフェルミレベルとほぼ同じフェルミレベルを有する複合酸化物であれば、常磁性伝導層５６に用いることが可能であることは勿論である。
【００４０】
また、本発明の実施の形態においては、基板７０として、Ｓｉ半導体基板を用いて説明している。しかし、基板７０は、Ｓｉ半導体基板に限定されず、例えば、アルミナチタンカーバイド（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）等のセラミック基板を用いてもよいことは勿論である。
【００４１】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気抵抗効果層の断面概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る常磁性伝導層に用いる複合酸化物の説明に用いる図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の一例を示す断面工程図（その１）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の一例を示す断面工程図（その２）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の一例を示す断面工程図（その３）である。
【図６】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の一例を示す断面工程図（その４）である。
【図７】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の一例を示す断面工程図（その５）である。
【図８】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の抵抗の温度特性の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る常磁性伝導層のＸ線回折測定結果の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る巨大磁気抵抗効果素子の素子特性を示す表である。
【符号の説明】
【００４３】
５０  磁気抵抗効果層
５１  中間層
５２  磁化固着層
５４  磁気結合遮断層
５６  常磁性伝導層
５８  界面調整層
６０  磁化自由層
６２  絶縁層
６４  硬磁性層
７０  基板
７２  緩衝層
７４  下部電極層
７６  反強磁性層
８０  上部電極層
【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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【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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