(57)【要約】【課題】結晶性の劣化を抑制するかまたは回復させることによって、高い磁気抵抗変化量を実現した磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と、前記磁化固着層上に形成された非磁性中間層と、前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｂｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と、前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と、前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極とを具備した磁気抵抗効果素子。【選択図】      図１
2005259976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層上に形成された非磁性中間層と、
前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｂｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と、
前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極と
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記非磁性中間層が非磁性金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記非磁性中間層が、非磁性金属層、抵抗増大層および非磁性金属層の積層体を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層上に形成された非磁性金属からなる非磁性中間層と、
前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と、
前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極と
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と、
前記磁化固着層上に形成された、非磁性金属層、抵抗増大層および非磁性金属層の積層体を含む非磁性中間層と、
前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と、
前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と、
前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極と
を具備したことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記キャップ層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂからなる群より選択される少なくとも一種からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項８】
請求項７記載の磁気ヘッドと、磁気記録媒体とを備えたことを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置に関し、より詳細には、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磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気記録媒体の小型化・大容量化が進められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度が小さくなってきているため、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せるＭＲヘッドへの期待が高まっている。
【０００３】
これに対し、強磁性層／非磁性層／強磁性層のサンドイッチ構造の多層膜で、強磁性層が反強磁性結合しない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告されている。すなわち、非磁性層（「スペーサ層」または「中間層」などと称する）を挟んだ２層の強磁性層の一方（「ピン層」または「磁化固着層」などと称する）に交換バイアス磁場を印加して磁化を固定しておき、他方の強磁性層（「フリー層」または「磁化自由層」などと称する）を外部磁場（信号磁場など）により磁化反転させる。これにより、非磁性層を挟んで配置された２つの強磁性層の磁化方向の相対角度を変化させることによって、大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプの多層膜は「スピンバルブ(spin valve)」と呼ばれている。
【０００４】
スピンバルブは低磁場で磁化を飽和させることができるため、ＭＲヘッドに適しており、既に実用化されている。しかし、その磁気抵抗変化率は最大でも約２０％までであり、更に高い磁気抵抗変化率が必要となってきた。
【０００５】
スピンバルブにおいては、センス電流を素子膜面に対して平行方向に流すＣＩＰ(Current-in-Plane)型の構造と、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ(Current Perpendicular to Plane)型の構造とがある。ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子は、ＣＩＰ型磁気抵抗効果素子の１０倍程度の磁気抵抗変化率を示すとの報告があり、磁気抵抗変化率１００％の達成も不可能ではない。
【０００６】
しかし、スピンバルブ構造の場合、スピン依存する層の総膜厚が非常に薄く、界面の数も少ないことから、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子において垂直通電した場合には抵抗自体が小さくなり、出力絶対値も小さくなってしまう。従来のＣＩＰ型磁気抵抗効果素子で採用されている膜構造のスピンバルブに垂直通電すると、ピン層およびフリー層の厚さが５ｎｍの場合、１μｍ2当たりの出力絶対値ＡΔＲは、約０．５ｍΩμｍ2と小さい。つまり、スピンバルブ膜を用いたＣＰＰ型磁気抵抗効果素子を実用化するためには、出力増大が重要である。このためには、磁気抵抗効果素子のうちでスピン依存伝導に関与する部分の抵抗値を上げ、抵抗変化量を大きくすることが極めて重要である。また、ピン層、フリー層の材料にバルク散乱能、界面散乱能の高い材料を使うことが重要である。
【０００７】
そこで、磁気抵抗効果（ＭＲ）を向上させるために、スピンバルブ膜の中に絶縁体を含む抵抗増大層を挿入するという手法が考案されている（非特許文献１または非特許文献２参照）。スピンバルブは、電子をスピン依存散乱させる部分（ピン層／スペーサ層／フリー層）と、スピン依存散乱が小さい部分（下地層、反強磁性層、保護層など）とから構成される。前者の抵抗をＲsd、後者の抵抗をＲsiとすると、スピンバルブのＭＲ比はＭＲ＝ΔＲsd／（Ｒsi＋Ｒsd）と表すことができる。上述した絶縁体を含む抵抗増大層の挿入は、ＲsdがＲsiよりも大きければ大きいほど、ＭＲ比が向上するという効果に着目したものである。
【０００８】
また、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子において、ｂｃｃ構造のＦｅ50Ｃｏ50または［Ｆｅ50Ｃｏ50／Ｃｕ］積層をピン層とフリー層に用いてバルク散乱効果や界面散乱効果を向上させることが報告されている（非特許文献）。
【０００９】
さらに、ＣＰＰ型磁気抵抗効果素子において、厚みが１ｎｍのＣｕ（銅）からなるスピンフィルター層を挿入することにより、ＭＲ比を向上させようとする試みが報告されている（非特許文献２参照）。
【非特許文献１】J. Appl. Phys., 89, p6943 (2001)
【非特許文献２】IEEE Trans. Magn., 38, p2277 (2002)
【非特許文献３】J. Appl. Phys., 92, p2646 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
スピンバルブ膜は、多数の薄膜を積層した多層膜である。スピンバルブ膜の配向面は、面心立方晶（ｆｃｃ）および面心正方晶（ｆｃｔ）構造では（１１１）面、体心立方晶（ｂｃｃ）では（１１０）面、六方最密パッキング（ｈｃｐ）では（００１）面であることが多い。スピンバルブ膜の典型的な構成例を示すと、反強磁性層としてＰｔＭｎまたはＩｒＭｎ、ピン層としてＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅの三層構造を有するシンセティクピン層、非磁性中間層としてＣｕ、フリー層としてＣｏＦｅまたはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ積層フリーを含むものが挙げられる。表１にこれらの薄膜材料の結晶構造、格子定数および（１１１）面内の最近接原子間距離を示す。
【表１】
2005259976.tif 000003
【００１１】
表１からわかるように、上記の構成を有するスピンバルブ膜のうち、面内での最近接原子間距離が最も大きいのは反強磁性層である。また、上記の構成を有するスピンバルブ膜のうち最も厚いのも反強磁性層である。厚い層は格子の安定性が高いため、その格子定数が他の層に及ぼす影響が強いと推測される。そして、反強磁性層は最近接原子間距離が大きいので、非磁性中間層であるＣｕやフリー層であるＣｏＦｅの格子を広げるように作用する。スピンバルブ膜は下層の結晶粒上に上層の結晶粒がエピタキシャル成長して形成されるので、隣接する二層間に引っ張り応力や圧縮応力がかかり、スピンバルブ膜全体では歪が入り不安定な状態になる。歪は、界面凹凸の発生を促進し、配向性を劣化させ、結晶欠陥を発生させるといった現象を引き起こす。このような結晶性の劣化は、以下の３つの観点で垂直通電型ＧＭＲのＭＲ比に影響する。
【００１２】
まず、ひとつめは、ピン層／スペーサ層／フリー層の各界面のシャープネス（急峻性）である。これらの界面は「スピン依存界面散乱」によってＭＲ比に寄与している。しかし、界面ミキシングや界面凹凸などの影響で界面のシャープネスが劣化すると、スピンに依存されない界面抵抗が大きくなるため、スピン依存界面散乱因子が劣化してＭＲ比が低下する。２つめは、ピン層とフリー層の内部での配向性である。強磁性体であるピン層とフリー層は、その内部での「スピン依存バルク散乱」によってＭＲ比に寄与している。しかし、結晶配向性が低下すると、電子のスピン依存バルク散乱因子が劣化し、ＭＲ比が低下する。３つめは、スペーサ層の結晶配向性である。スペーサ層中に欠陥などが増えると電子のスピン拡散長（電子のスピンが反転してしまうまで距離）が短くなり、ＭＲ比の低下につながる。以上のような理由から、結晶の不安定性は最小限に抑えるべきである。
【００１３】
本発明の目的は、上述した結晶性の劣化を抑制するかまたは回復させることによって、高い磁気抵抗変化量を実現した磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と；前記磁化固着層上に形成された非磁性中間層と；前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｂｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と；前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と；前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極とを具備する。
【００１５】
本発明の他の態様に係る磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と；前記磁化固着層上に形成された非磁性金属からなる非磁性中間層と；前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と；前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と、；前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極とを具備する。
【００１６】
本発明のさらに他の態様に係る磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と；前記磁化固着層上に形成された、非磁性金属層、抵抗増大層および非磁性金属層の積層体を含む非磁性中間層と；前記非磁性中間層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造をなし、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と；前記磁化自由層上に形成され、結晶構造がｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造をなし、最近接原子間距離が前記磁化自由層よりも大きいキャップ層と；前記磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように設けられた一対の電極とを具備する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フリー層上に最近接原子間距離が大きい元素からなるキャップ層を設けることにより、スピン依存散乱ユニット（ピン層、スペーサ層およびフリー層の積層体）を、それぞれ大きな格子定数を有する反強磁性層とキャップ層とで上下から挟み込んだ形態になっている。このため、上述した結晶性の劣化を抑制したり回復させたりすることができる。この結果、高い磁気抵抗変化量を実現した磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記録再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性膜を含む磁化固着層と、磁化固着層上に形成された非磁性中間層と、非磁性中間層上に形成され、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性膜を含む磁化自由層と、磁化自由層上に形成されたキャップ層とを有する。また、磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層およびキャップ層の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するように一対の電極が設けられている。
【００１９】
磁化固着層（ピン層）としては、ＣｏＦｅやＦｅＣｏの単層ピン層や、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ、ＦｅＣｏ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ、ＦｅＣｏ／Ｒｕ／ＦｅＣｏなどの三層構造を有するシンセティクピン層などが挙げられる。また、ピン層中に抵抗増大層が設けられていても良い。ピン層の磁化を固着するためには、一般的にピン層に隣接して反強磁性層を設ける。反強磁性層としては、たとえばＸＭｎ（ＸはＩｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、ＰｄおよびＲｅからなる群より選択される）で表されるＭｎ合金が挙げられる。
【００２０】
非磁性中間層としては、Ｃｕなどの非磁性金属からなるものや、非磁性金属層／抵抗増大層／非磁性金属層の三層構造を有するものが挙げられる。また、非磁性金属層／抵抗増大層の二層構造、さらに抵抗増大層のみからなるものが挙げられる。
【００２１】
磁化自由層（フリー層）としては、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ、またはｆｃｃ構造のＣｏＦｅもしくはＣｏＦｅ／ＮｉＦｅ積層フリーなどが挙げられる。磁化自由層中に抵抗増大層が挿入されていても良い。
【００２２】
本発明の実施形態においては、フリー層上に、最近接原子間距離がフリー層よりも大きいキャップ層を設ける。キャップ層の結晶構造は、ｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造、ｂｃｃ構造、その他の結晶構造でありうる。
【００２３】
表２〜表４に、これらの結晶構造を有し、フリー層上に積層される面内の最近接原子間距離がフリー層よりも大きい元素を例示する。なお、ｆｃｃ構造の元素については（１１１）面内の最近接原子間距離、ｈｃｐ構造の元素については（００１）面内の最近接原子間距離、ｂｃｃ構造の元素については（１１０）面内の最近接原子間距離を示している。
【表２】
2005259976.tif 000004
【００２４】
【表３】
2005259976.tif 000005
【００２５】
【表４】
2005259976.tif 000006
【００２６】
より具体的には、本発明の実施形態におけるキャップ層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｓｎ、Ｉｎ、ＢｉおよびＳｂからなる群より選択される少なくとも一種からなる。キャップ層は、これらの元素を単層で形成したものでもよいし、これらの元素を二層以上積層したものでもよいし、これらの元素を二層以上含む合金層でもよい。
【００２７】
本発明の実施形態において、非磁性中間層、フリー層およびキャップ層は以下のような組み合わせで形成される。（１）非磁性中間層（非磁性金属のみでもよいし、非磁性金属層／抵抗増大層／非磁性金属層の三層構造を有するものでもよい。また、非磁性金属層／抵抗増大層の二層構造、さらに抵抗増大層のみからなるものでもよい）上にｂｃｃ構造のフリー層を形成した場合には、キャップ層の結晶構造はｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造のいずれでよい。（２）非磁性金属のみからなる非磁性中間層上にｆｃｃ構造のフリー層を形成した場合には、ｂｃｃ構造のキャップ層を形成する。（３）非磁性金属層／抵抗増大層／非磁性金属層の三層構造を有する非磁性中間層、また、非磁性金属層／抵抗増大層の二層構造、さらに抵抗増大層上にｆｃｃ構造のフリー層を形成した場合には、キャップ層の結晶構造はｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造またはｂｃｃ構造のいずれでよい。
【００２８】
本発明の実施形態において、キャップ層の膜厚は、歪緩和効果が得られ、さらにシャントによるＭＲ比の減少が見られない範囲であればよい。好ましくは１ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である。
【００２９】
なお、フリー層に隣接してＣｕなどからなるスピンフィルター層を設けた場合には、キャップ層としては，Ｃｕ（１１１）面の面内最近接原子間距離より大きい材料を用いる。キャップ層上には、Ｔａ、Ｔｉなどからなる保護層を設けてもよい。
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。  
（第１の実施例）
図１は、本実施例に係る磁気抵抗効果素子の断面図である。図１の磁気抵抗効果素子（スピンバルブ）は、下電極（ＬＥ）１、下地層（ＢＦ）２、反強磁性層（ＡＦ）３、ピン層４［第１ピン層（第１磁化固着層、Ｐ１）４１、磁化反平行結合層（ＡＣ）４２、および第２ピン層（第２磁化固着層、Ｐ２）４３］、スペーサ層（Ｓ）５、フリー層（磁化自由層、Ｆ）６、キャップ層（Ｃ）７、保護層（ＰＬ）８、上電極（ＵＥ）９を積層した構造を有する。図１の磁気抵抗効果素子では、下電極１および上電極９を通してスピンバルブの膜厚方向に対して略垂直方向にセンス電流が通電可能となっており、ＣＰＰ−ＧＭＲが実現されている。
【００３１】
第１ピン層４１は隣接する反強磁性層３によってその磁化が実質的に一方向に固着されており、第２ピン層４３は磁化反平行結合層４２を介して第１ピン層４１と反対方向に磁化固着されている。フリー層６は、その磁化が外部磁界に応じて変化しうる強磁性層を含む層である。スペーサ層５は、第２ピン層４３とフリー層５との間の磁気的な結合を遮断する層である。図１のピン層は、第１ピン層４１、磁化反平行結合層４２および第２ピン層４３の積層構造を有するもの（シンセティックピン層）であるが、単層のピン層を形成してもよい。
【００３２】
本実施例では以下の材料を用いて図１の構造を有する磁気抵抗効果素子を作製した。
【００３３】
下地層２：ＮｉＦｅＣｒ  ３．２ｎｍ／ＮｉＦｅ  ０．８ｎｍ、
反強磁性層３：ＰｔＭｎ  １４ｎｍ、
第１ピン層４１：Ｃｏ90Ｆｅ10  ３ｎｍ、
磁化反平行結合層４２：Ｒｕ  １ｎｍ、
第２ピン層４３：Ｆｅ50Ｃｏ50  ３ｎｍ、
スペーサ層５：Ｃｕ  ３ｎｍ、
フリー層６：ｂｃｃ構造のＦｅ50Ｃｏ50  ３ｎｍ、
キャップ層７：表５参照、
保護層８：Ｔａ  ５ｎｍ。
【００３４】
表５に、使用したキャップ層の材料と、当該キャップ層を用いて作製されたＣＰＰ−ＧＭＲのＭＲ値を示す。  
表５からわかるように、ｂｃｃ構造のフリー層に対してキャップ層としてＲｕ（ｈｃｐ構造）、Ｒｕ（ｈｃｐ構造）／Ａｕ（ｆｃｃ構造）、Ｃｒ（ｂｃｃ構造）、Ｗ（ｂｃｃ構造）／Ｎｂ（ｂｃｃ構造）のいずれを設けた場合でも、キャップ層を設けていない場合よりもＭＲ値が向上している。
【表５】
2005259976.tif 000007
【００３５】
なお、表２、表３および表４に記載した他の元素を単層で形成するかまたは積層して形成したキャップ層を用いた場合にも、ＭＲ値の向上が認められた。
【００３６】
（第２の実施例）
本実施例では以下の材料を用いて図１の構造を有する磁気抵抗効果素子を作製した。
【００３７】
下地層２：ＮｉＦｅＣｒ  ４．１ｎｍ、
反強磁性層３：ＰｔＭｎ  １５ｎｍ、
第１ピン層４１：Ｃｏ90Ｆｅ10  ３ｎｍ、
磁化反平行結合層４２：Ｒｕ  １ｎｍ、
第２ピン層４３：Ｃｏ90Ｆｅ10  ３ｎｍ、
スペーサ層５：Ｃｕ  ３ｎｍ、
フリー層６：ｆｃｃ構造のＣｏ90Ｆｅ10  １ｎｍ／Ｎｉ80Ｆｅ20  ３．５ｎｍ（積層フリー）、
キャップ層：表６参照、
保護層：Ｔａ  ５ｎｍ。
【００３８】
表６に、使用したキャップ層の材料と、当該キャップ層を用いて作製されたＣＰＰ−ＧＭＲのＭＲ値を示す。  
表６からわかるように、ｆｃｃ構造のフリー層に対してキャップ層としてＣｒ（ｂｃｃ構造）、Ｃｒ（ｂｃｃ構造）／Ｍｏ（ｂｃｃ構造）のいずれを設けた場合でも、キャップ層を設けていない場合よりもＭＲ値が向上している。
【表６】
2005259976.tif 000008
【００３９】
なお、表３に記載した他の元素を単層で形成するかまたは積層して形成したキャップ層を用いた場合にも、ＭＲ値の向上が認められた。
【００４０】
（第３の実施例）
図２は、本発明の第１の実施例に係る磁気抵抗効果素子の要部断面構造を表す模式図である。
【００４１】
図２の磁気抵抗効果素子（スピンバルブ）は、下電極（ＬＥ）１、下地層（ＢＦ）２、反強磁性層（ＡＦ）３、ピン層４［第１ピン層（第１磁化固着層、Ｐ１）４１、磁化反平行結合層（ＡＣ）４２、および第２ピン層（第２磁化固着層、Ｐ２）４３］、スペーサ層（Ｓ）５［第１金属層５１、抵抗増大層５２、および第２金属層５３］、フリー層（磁化自由層、Ｆ）６、キャップ層（Ｃ）７、保護層（ＰＬ）８、上電極（ＵＥ）９を積層した構造を有する。図２の磁気抵抗効果素子は、スペーサ層５が第１金属層５１、抵抗増大層５２、および第２金属層５３を積層した構造を有する点で図１のものと異なる。抵抗増大層５２は絶縁部とメタルパスとを含む。図２の磁気抵抗効果素子でも、下電極１および上電極９を通してスピンバルブの膜厚方向に対して略垂直方向にセンス電流が通電可能となっており、ＣＰＰ−ＧＭＲが実現されている。すなわち、抵抗増大層５２は、スピンバルブの電気抵抗を増大させ、かつその導電部を通して膜面垂直方向のセンス電流の通電が確保されている。
【００４２】
本実施例では以下の材料を用いて図２の構造を有する磁気抵抗効果素子を作製した。
【００４３】
下地層２：Ｔａ  ３ｎｍ／Ｒｕ  ２ｎｍ、
反強磁性層３：ＰｔＭｎ  １５ｎｍ、
第１ピン層４１：Ｃｏ90Ｆｅ10  ３ｎｍ、
磁化反平行結合層４２：Ｒｕ  １ｎｍ、
第２ピン層４３：Ｃｏ90Ｆｅ10  ３ｎｍ、
第１金属層５１：Ｃｕ  ０．２ｎｍ、
抵抗増大層５２：Ａｌ−Ｏ  １．５ｎｍ（Ｃｕからなるメタルパス部含む）、
第２金属層５３：Ｃｕ  ０．５ｎｍ、
フリー層６：ｆｃｃ構造のＣｏ90Ｆｅ10  １ｎｍ／Ｎｉ80Ｆｅ20  ３．５ｎｍ（積層フリー）、
キャップ層７：表７参照、
保護層８：Ｔａ  ５ｎｍ。
【００４４】
表７に、使用したキャップ層の材料と、当該キャップ層を用いて作製されたＣＣＰ−ＧＭＲのＭＲ値を示す。  
表７からわかるように、第１金属層／抵抗増大層／第２金属層のスペーサ層上に形成されたｂｃｃ構造のフリー層に対してキャップ層としてＲｕ（ｈｃｐ構造）、Ｒｕ（ｈｃｐ構造）／Ａｕ（ｆｃｃ構造）、Ｃｒ（ｂｃｃ構造）、Ｗ（ｂｃｃ構造）／Ｎｂ（ｂｃｃ構造）、Ｒｈ（ｆｃｃ構造）／Ｃｒ（ｂｃｃ構造）、Ｉｒ（ｆｃｃ構造）、Ｒｈ（ｆｃｃ構造）のいずれを設けた場合でも、キャップ層を設けていない場合よりもＭＲ値が向上している。
【表７】
2005259976.tif 000009
【００４５】
なお、表２、表３および表４に記載した他の元素を単層で形成するかまたは積層して形成したキャップ層を用いた場合にも、ＭＲ値の向上が認められた。
【００４６】
次に、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気記録再生装置について説明する。図１や図２を参照して説明した本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００４７】
図３は、このような磁気記録再生装置の概略構成を示す要部斜視図である。磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【００４８】
媒体ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、前述したいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【００４９】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。スライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【００５０】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００５１】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００５２】
図４は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【００５３】
サスペンション１５４の先端には、図１または図２に示した磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００５４】
本発明によれば、図１または図２に示した本発明の磁気抵抗効果素子を具備することにより、従来よりも高い記録密度で媒体ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１に係る磁気抵抗効果素子の断面図。
【図２】本発明の実施例３に係る磁気抵抗効果素子の断面図。
【図３】本発明に係る磁気記録再生装置の概略構成を示す斜視図。
【図４】本発明に係る磁気ヘッドアセンブリの斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
１…下電極（ＬＥ）、２…下地層、３…反強磁性層（ＡＦ）、４…ピン層、４１…第１ピン層、４２…磁化反平行結合層（ＡＣ）、４４…第２ピン層、５…スペーサ層（Ｓ）、５１…第１金属層、５２…抵抗増大層、５３…第２金属層、６…フリー層（Ｆ）、７…キャップ層（Ｃ）、８…保護層（ＰＬ）、９…上電極（ＵＥ）。
【図１】
2005259976.tif 000010
【図２】
2005259976.tif 000011
【図３】
2005259976.tif 000012
【図４】
2005259976.tif 000013