(57)【要約】【課題】  特に固定磁性層の内部に鏡面反射効果を有するＮＯＬを用いたときに、前記固定磁性層の最適な材質及び膜厚を選択し、さらには前記ＮＯＬの形状を適正化し、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。【解決手段】  固定磁性層３５を構成する非磁性材料非当接層５３をＣｏＦｅで、非磁性材料当接層５５をＣｏで形成し、前記非磁性材料非当接層５３と非磁性材料当接層５５間にＮＯＬ５４を介在させている。さらに前記非磁性材料当接層５５の平均膜厚を１６〜１９Åの範囲内に設定している。これにより従来のようにＣｏＦｅ／ＮＯＬ／ＣｏＦｅの３層構造やＣｏ／ＮＯＬ／Ｃｏの３層構造を有する固定磁性層を使用した場合に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊の両方を満足し得る値にまで引き上げることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも下から反強磁性層、磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層の順に積層された積層体を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、非磁性材料層に接して形成された非磁性材料当接層と、反強磁性層側に形成された非磁性材料非当接層と、前記非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層との間に、前記非磁性材料非当接層の表面が酸化されてなり鏡面反射効果を有するＮＯＬとを有し、
前記非磁性材料当接層はＣｏで、前記非磁性材料非当接層はＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性材料当接層の平均膜厚は、１６〜１９Åの範囲内で形成されることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記固定磁性層は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層及び第２固定磁性層の順に積層されたシンセティックフェリピンド構造であり、前記第２固定磁性層が下から前記非磁性材料非当接層、ＮＯＬ及び非磁性材料当接層の順に積層された構造である請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
少なくとも下から固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層の順に積層された積層体を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層及び第２固定磁性層の順に積層されたシンセティックフェリピンド構造であり、前記固定磁性層は、前記固定磁性層自体の一軸異方性によって磁化が固定されており、
前記第２固定磁性層は、下から非磁性材料非当接層、前記非磁性材料非当接層の表面が酸化されてなり鏡面反射効果を有するＮＯＬ、非磁性材料当接層の順に積層された構造であり、
前記非磁性材料当接層はＣｏで、前記非磁性材料非当接層はＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性材料当接層の平均膜厚は、１６〜１９Åの範囲内で形成されることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項４】
前記ＮＯＬは、前記非磁性材料非当接層の表面が部分的に酸化された間欠構造であり、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層とは前記ＮＯＬの間欠部を介して直接接合されている請求項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ＮＯＬは、前記非磁性材料非当接層上に部分的に形成されたＣｒの酸化層と、前記非磁性材料非当接層の表面が部分的に酸化された酸化層とを有してなる間欠構造であり、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層とは前記ＮＯＬの間欠部を介して直接接合されている請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記ＮＯＬは自然酸化によって形成されたものである請求項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ＮＯＬの表面は、前記非磁性材料当接層にＣｏに代えてＣｏＦｅ合金を用いたときに得られるＮＯＬ表面の平坦化度よりも高い平坦化度を有している請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に固定磁性層の内部に鏡面反射効果を有するＮＯＬを用いたときに、前記固定磁性層の最適な材質及び膜厚を選択し、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることが可能な磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記に示す特許文献１ではスピンバルブ型薄膜素子を構成する固定磁性層の内部に鏡面反射層を用いている。この文献では、鏡面反射効果を得るためにＮＯＬ（Nano Oxide Layer）を設けている。この文献の［００７１］欄には「Ta  ３nm／NiFeCｒ  ２nm／CoFe  １．５nm／NiFeCr  １nm／PtMn  １０nm／CoFe  ０．５nm／NOL／CoFe  ２nm／Cu  ２．３nm／CoFeNi  ２nm／Cu  １nm／TaO  １nm・・・」と記載されており、固定磁性層が、「CoFe  ０．５nm／NOL／CoFe  ２nm」の３層構造となっている。
【０００３】
またＮＯＬの形成方法としては、［００８６］［００８７］欄に記載されており、この記載内容からすると、固定磁性層を構成するCoFeの表面をプラズマ酸化等して形成できるとしている。
【０００４】
そしてこの文献での目的は、良好なバイアスポイントと高い抵抗変化率を得ることであるとしている。
【０００５】
また下記に示す特許文献２には、例えば図３に、積層構造の強磁性固定層１５が開示されており、前記強磁性固定層１５は、Ｒｕ等の反平行結合層１５０を挟んでその上下に強磁性膜が形成されたシンセティックフェリピンド構造となっている。前記反平行結合層１５０を挟んでその上下に形成された強磁性膜の磁化は互いに反平行に固定磁化された状態となっている。なおこの文献には上記ＮＯＬについて何も記載されていない。
【特許文献１】特開２００２−２３２０３５
【特許文献２】特開２００２−１１７５０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らが後述する実験を種々を行ったところ、特許文献１における構造のスピンバルブ型薄膜素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が効果的に向上しないことがわかった。
【０００７】
すなわち特許文献１では、固定磁性層としてＣｏＦｅ／ＮＯＬ／ＣｏＦｅの３層構造を用いているが、後述する実験によれば、前記固定磁性層に前記ＮＯＬを設けない形態に比べてさほど磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が向上しなかった。
【０００８】
また別の形態として、Ｃｏ／ＮＯＬ／Ｃｏの３層構造を有する固定磁性層を形成して実験を行ったところ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、ＣｏＦｅ／ＮＯＬ／ＣｏＦｅの３層構造を用いた場合に比べて上昇したものの、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が大きく低下することがわかった。一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界や、前記固定磁性層がシンセティックフェリピンド構造のときに、磁性層間に生じるＲＫＫＹ相互交換作用における結合磁界などを含む磁界の大きさである。
【０００９】
また後述する実験によれば、特にＮＯＬとＣｕなどの非磁性材料層との間に形成される磁性層（本発明では非磁性材料当接層と呼んでいる）の膜厚や、ＮＯＬの形状等によって、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が大きく左右されることがわかったので、本発明者らは、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）の双方を従来に比べてより大きくできるように、ＮＯＬを挟んで上下に形成される磁性層の材質、膜厚及びＮＯＬの形状の適正化を目指し本発明に至った。
【００１０】
すなわち本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に固定磁性層の内部に鏡面反射効果を有するＮＯＬを用いたときに、前記固定磁性層の最適な材質及び膜厚を選択し、さらには前記ＮＯＬの形状を適正化し、高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることが可能な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】
【００１１】
本発明は、少なくとも下から反強磁性層、磁化方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、磁化が外部磁界に対し変動するフリー磁性層の順に積層された積層体を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、非磁性材料層に接して形成された非磁性材料当接層と、反強磁性層側に形成された非磁性材料非当接層と、前記非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層との間に、前記非磁性材料非当接層の表面が酸化されてなり鏡面反射効果を有するＮＯＬとを有し、
前記非磁性材料当接層はＣｏで、前記非磁性材料非当接層はＣｏＦｅ合金で形成され、前記第非磁性材料当接層の平均膜厚は、１６〜１９Åの範囲内で形成されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、上記のように、固定磁性層を、ＣｏＦｅで形成された非磁性材料非当接層、ＮＯＬ、Ｃｏで形成された非磁性材料当接層で構成している。前記ＮＯＬは、前記非磁性材料非当接層の表面が酸化されてなる。
【００１３】
本発明では、上記の材質の適正化に加えて、前記非磁性材料当接層の平均膜厚を１６〜１９Åの範囲内に設定したことで、従来のようにＣｏＦｅ／ＮＯＬ／ＣｏＦｅの３層構造やＣｏ／ＮＯＬ／Ｃｏの３層構造を有する固定磁性層を使用した場合に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊の両方を満足し得る値にまで引き上げることができることがわかった。
【００１４】
また本発明では、前記固定磁性層は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層及び第２固定磁性層の順に積層されたシンセティックフェリピンド構造であり、前記第２固定磁性層が下から前記非磁性材料非当接層、ＮＯＬ及び非磁性材料当接層の順に積層された構造であることが好ましい。
【００１５】
上記のような構成であると、より高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることが出来る。
【００１６】
また本発明は、少なくとも下から固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層が積層された積層体を有する磁気検出素子において、
前記固定磁性層は、下から第１固定磁性層、非磁性中間層及び第２固定磁性層の順に積層されたシンセティックフェリピンド構造であり、前記固定磁性層は、前記固定磁性層自体の一軸異方性によって磁化が固定されており、
前記第２固定磁性層は、下から非磁性材料非当接層、前記非磁性材料非当接層の表面が酸化されてなり鏡面反射効果を有するＮＯＬ、非磁性材料当接層の順に積層された構造であり、
前記非磁性材料当接層はＣｏで、前記非磁性材料非当接層はＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性材料当接層の平均膜厚は、１６〜１９Åの範囲内で形成されることを特徴とするものである。
【００１７】
上記発明は、固定磁性層自体の一軸異方性によって固定磁性層の磁化が固定される、いわゆる自己固定式の磁気検出素子である。
【００１８】
従って、膜厚の厚い反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて分流損失を少なくでき、磁気検出素子の磁界検出出力を向上させることができる。また、磁気検出素子の上下に設けられるシールド層間の距離も短くなるので、記録媒体のさらなる高線記録密度化に対応することもできる。
【００１９】
自己固定式の磁気検出素子においては、前記固定磁性層はシンセティックフェリピンド構造である。そして前記固定磁性層を構成する前記第２固定磁性層を、非磁性材料非当接層、ＮＯＬ、及び非磁性材料当接層で構成し、前記非磁性材料当接層にＣｏを、前記非磁性材料非当接層にＣｏＦｅ合金を用い、さらに前記非磁性材料当接層の平均膜厚を、１６〜１９Åの範囲内とすることで、非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層を共にＣｏＦｅで、あるいは非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層を共にＣｏで形成した場合に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）の両方を満足し得る値にまで引き上げることができる。
【００２０】
また本発明では、前記ＮＯＬは、前記非磁性材料非当接層の表面が部分的に酸化された間欠構造であり、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層とは前記ＮＯＬの間欠部を介して直接接合されていることが好ましい。
【００２１】
前記ＮＯＬを上記のような間欠構造にすれば、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層の磁気的結合が間欠部を介して強くなり、特に一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）をより効果的に向上させることが可能である。
【００２２】
また、前記ＮＯＬは、前記非磁性材料非当接層上に部分的に形成されたＣｒの酸化層と、前記非磁性材料非当接層の表面が部分的に酸化された酸化層とを有してなる間欠構造であり、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層とは前記ＮＯＬの間欠部を介して直接接合されていることが好ましい。
【００２３】
この実施形態では、前記ＮＯＬにはＣｒの酸化物層も含まれる。このような構造にすることで間欠構造のＮＯＬを薄く均一な膜厚で形成しやすく出来る。
【００２４】
また本発明では、前記ＮＯＬは自然酸化によって形成されたものであることが好ましい。前記ＮＯＬを間欠部を有する薄い膜として形成しやすい。
【００２５】
また本発明では、前記ＮＯＬの表面は、前記非磁性材料当接層にＣｏに代えてＣｏＦｅ合金を用いたときに得られるＮＯＬ表面の平坦化度よりも高い平坦化度を有することが好ましい。非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層の両方にＣｏＦｅを用いた場合では、製造過程で行われる種々の熱処理等によって、非磁性材料当接層であるＣｏＦｅのＦｅが酸化され、この結果、ＮＯＬ表面の平坦化度は悪くなる。
【００２６】
一方、本発明では、非磁性材料非当接層にＣｏＦｅを、非磁性材料当接層にＣｏを用いた構造の場合、前記熱処理によっても非磁性材料当接層であるＣｏはＦｅに比べて酸化されにくく、ＮＯＬ表面は、上記のように非磁性材料当接層にＣｏＦｅを用いた場合に比べて高くなる。
【００２７】
このため本発明では前記ＮＯＬの鏡面反射効果は高くなり、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を効果的に図ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、固定磁性層を、ＣｏＦｅで形成された非磁性材料非当接層、ＮＯＬ、Ｃｏで形成された非磁性材料当接層で構成している。前記ＮＯＬは、前記非磁性材料非当接層の表面が酸化されてなる。
【００２９】
本発明では、上記の材質の適正化に加えて、前記非磁性材料当接層の平均膜厚を１６〜１９Åの範囲内に設定したことで、従来のようにＣｏＦｅ／ＮＯＬ／ＣｏＦｅの３層構造やＣｏ／ＮＯＬ／Ｃｏの３層構造を有する固定磁性層を使用した場合に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊の両方を満足し得る値にまで引き上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、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側からみた断面図である。
【００３１】
図１に示す磁気検出素子は、反強磁性層３４、固定磁性層３５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７が順次積層されてなるいわゆるボトム型のスピンバルブ型磁気検出素子である。
【００３２】
図１に示されたスピンバルブ型磁気検出素子は、固定磁性層３５の磁化方向が、適正に図示Ｙ方向に平行な方向に固定され、しかもフリー磁性層３７の磁化が適正に図示Ｘ方向に平行な方向に揃えられており、固定磁性層３５とフリー磁性層３７の磁化が直交関係にある。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層３７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３５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により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００３３】
図１では、下地層３２、シード層３３、反強磁性層３４、第１固定磁性層５０、非磁性中間層５１、第２固定磁性層５２からなるシンセティックフェリピンド型の固定磁性層３５、非磁性材料層３６、第２フリー磁性層３７ａ及び第１フリー磁性層３７ｂからなる積層型のフリー磁性層３７、保護層３９が積層された積層体が形成されている。なお前記積層体の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【００３４】
前記積層体の下層には、基板（図示せず）上に、アルミナなどの絶縁性材料からなる下地層（図示せず）を介して、下部シールド層３０、下部ギャップ層３１が成膜されている。
【００３５】
前記積層体中の反強磁性層３４は、例えば前記反強磁性層３４の上方にある各層よりも図示Ｘ方向に延長された延出部を有するものであってもよい。
【００３６】
図１に示すように、前記積層体の側面には、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ50Ｍｏ50などによってバイアス下地層４０が形成されている。
【００３７】
バイアス下地層４０の上には、ハードバイアス層４１が形成されている。ハードバイアス層４１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おり、図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【００３８】
ハードバイアス層４１上には、Ｔａなどの非磁性材料で形成された中間層４２が形成され、この中間層４２の上に、Ｃｒ、Ａｕ、Ｔａ、Ｗ、などで形成された電極層４３が形成されている。
【００３９】
積層体の表面、及び電極層４３の表面に上部ギャップ層４４が成膜され、上部ギャップ層４４上には上部シールド層４５が形成されている。上部シールド層４５は、無機絶縁材料からなる図示しない保護層によって覆われる。
【００４０】
下部シールド層３０及び上部シールド層４５はＮｉＦｅなどの磁性材料を用いて形成される。なお、下部シールド層３０及び上部シールド層４５は磁化容易軸がトラック幅方向（図示Ｘ方向）を向いていることが好ましい。なお、下部シールド層３０と上部シールド層４５は、スパッタ法やメッキ法等によって形成される。
【００４１】
前記下部ギャップ層３１、上部ギャップ層４４、及び上部シールド層を覆う保護層はＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2などの非磁性無機材料を用いて形成される。
【００４２】
前記シード層３３は、面心立方晶の（１１１）面あるいは体心立方晶の（１１０）面が優先配向する磁性材料層あるいは非磁性材料層の単層構造であることが好ましい。これによって前記反強磁性層３４の結晶配向を、（１１１）面を優先配向させることができ、磁気検出素子の抵抗変化率を向上させることができる。
【００４３】
またシード層３３は高抵抗であることが好ましく、これによって前記電極層４３からのセンス電流を前記シード層３３に分流するのを抑制することができる。例えば本発明では、前記シード層３３は、ＮｉＦｅＹ合金（ただしＹは、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉから選ばれる少なくとも１種以上）で形成され、また前記下地層３２は、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗのうち少なくとも１種以上で形成されることが好ましい。なお下地層３２は形成されなくても良い。
【００４４】
前記反強磁性層３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、ＮｉＦｅ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。
【００４５】
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。または組成によっては（例えばＭｎが８０ａｔ％前後では）、熱処理によっても不規則系の面心立方構造（ｆｃｃ）を維持する。
【００４６】
前記反強磁性層３４の膜厚は、トラック幅方向の中心付近において５０〜３００Å、例えば１２０Åである。
【００４７】
前記反強磁性層３４に上記した合金を使用し、これを熱処理することにより、第１固定磁性層５０との間で大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層３４を得ることができる。
【００４８】
前記固定磁性層３５は、強磁性材料により形成される第１固定磁性層５０及び第２固定磁性層５２、及び非磁性材料により形成される非磁性中間層５１からなるシンセティックフェリピンド構造である。本実施の形態では、第２固定磁性層５２は、非磁性材料層３６に接する非磁性材料当接層５５，前記非磁性中間層５１に接する非磁性材料非当接層５３，前記非磁性材料非当接層５３と非磁性材料当接層５５の間に、前記非磁性材料非当接層５３の表面を酸化してなり鏡面反射効果を有するＮＯＬ（Nano Oxide Layer）５４から構成される。
【００４９】
前記第１固定磁性層５０は、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものであり、特にＣｏＦｅ合金やＣｏＮｉＦｅ合金により形成されると、スピンフロップ磁界の値を大きくすることができるので好ましい。これにより、前記固定磁性層３５がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、固定磁性層３５が安定してフェリ磁性状態を保つことができ、固定磁性層３５の磁化方向を一定方向に固定するように働く力（一方向性交換バイアス磁界）が大きくなる。
【００５０】
なおスピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対して外部磁界を印加したときに、２つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁界の大きさである。スピンフロップ磁界が大きいほど、外部磁界中においてもフェリ磁性状態を安定して維持できる。
【００５１】
また、非磁性中間層５１は、非磁性材料により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成されている。特にＲｕによって形成されることが好ましい。
【００５２】
前記第１固定磁性層５０は反強磁性層３４と接して形成され、磁場中熱処理が施されることにより、第１固定磁性層５０と反強磁性層３４との界面にて交換結合による交換異方性磁界が生じ、第１固定磁性層５０の磁化方向が例えば図示Ｙ方向に固定される。第１固定磁性層５０の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されると、非磁性中間層５１を介して対向する第２固定磁性層５２の磁化方向が、前記第１固定磁性層５０の磁化方向と反平行の状態で固定される。
【００５３】
このように、第１固定磁性層５０と第２固定磁性層５２の磁化方向が、反平行となるフェリ磁性状態になっていると、第１固定磁性層５０と第２固定磁性層５２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３５の磁化方向を一定方向に強力に固定することができる。
【００５４】
非磁性材料層３６は、固定磁性層３５とフリー磁性層３７との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。
【００５５】
フリー磁性層３７を構成する第２フリー磁性層３７ａ及び第１フリー磁性層３７ｂは、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などにより形成されるものである。なお前記第２フリー磁性層３７ａは形成されていなくてもよいし、前記フリー磁性層３７は、シンセティックフェリフリー構造であっても良い。
【００５６】
前記第１フリー磁性層３７ｂは、例えばＮｉＦｅ合金で形成されている。前記ＮｉＦｅ合金は、前記非磁性材料層３６との間で熱拡散を生じやすいので、相互拡散を抑制すべく、前記第１フリー磁性層３７ｂと前記非磁性材料層３６との間に拡散防止機能を有する例えばＣｏＦｅ合金で形成された第２フリー磁性層３７ａを設けている。
【００５７】
保護層３９はＴａ等で形成される。また前記電極層４３とハードバイアス層４１との間に設けられた中間層４２は、ＴａまたはＣｒからなり、熱拡散を防ぐことができ、ハードバイアス層４１の磁気特性の劣化を防止できる。
【００５８】
前記電極層４３としてＴａを用いる場合には、Ｃｒの中間層４２を設けることによってＣｒの上層に積層されるＴａの結晶構造を低抵抗の体心立方構造にしやすい。
【００５９】
また、電極層４３としてＣｒを用いる場合には、Ｔａの中間層４２を設けることにより、Ｃｒがエピタキシャルに成長して、抵抗値を低減できる。
【００６０】
バイアス下地層４０を結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子）構造であるＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ50Ｍｏ50などを用いて形成すると、ハードバイアス層４１の保磁力及び角形比が大きくなりバイアス磁界を大きくできる。
【００６１】
本発明の特徴的部分について以下に説明する。本発明では上記したように、固定磁性層３５を構成する第２固定磁性層５２は、非磁性材料層３６に接して形成された非磁性材料当接層５５と、前記非磁性材料層３６から離れた位置にあり、非磁性中間層５１に接して形成された非磁性材料非当接層５３と、前記非磁性材料非当接層５３の表面が酸化されてなり鏡面反射効果を有するＮＯＬ５４とで構成されている。ここで言う「当接層」であるか「非当接層」であるかは非磁性材料層３６と接しているか否かによって決めている。
【００６２】
本発明では、前記非磁性材料当接層５５はＣｏで、前記非磁性材料非当接層はＣｏＦｅ合金で形成されており、さらに前記非磁性材料当接層５５の平均膜厚は１６〜１９Åの範囲内で形成されている。
【００６３】
図２は図１に示す固定磁性層３５を拡大した示した部分拡大断面図である。上記したように前記非磁性材料非当接層５３はＣｏＦｅ合金からなり、前記非磁性材料非当接層５３の平均膜厚Ｈ２は３Å〜８Åの範囲内である。一例を示すと前記非磁性材料非当接層５３の平均膜厚は５Å程度である。
【００６４】
図２に示すように、前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａには、所々で酸化された酸化層５３ｂが形成されている。前記酸化層５３ｂの組成はＣｏＦｅＯである。ＣｏＦｅ合金で形成された非磁性材料非当接層５３の表面５３ａを酸化処理すると、ＣｏとＦｅとのうち、Ｆｅの方が優先的に酸化される傾向が強いため、前記酸化層５３ｂは主にＦｅが酸化された層として構成される。
【００６５】
図２に示すように、前記非磁性材料非当接層５３上には部分的にＣｒの酸化層５６が形成されている。前記Ｃｒの酸化層５６と前記酸化層５３ｂの両方でＮＯＬ５４が構成されている。
【００６６】
図２に示すように、前記ＮＯＬ５４は、間欠構造であり、間欠部５４ａでは、前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａが露出した状態になっている。そして前記間欠部５４ａでは、前記非磁性材料非当接層５３と非磁性材料当接層５５とが直接的に接しており、この間欠部５４ａでの前記非磁性材料非当接層５３と非磁性材料当接層５５との強磁性結合は強くなっている。
【００６７】
図２に示す実施形態では、前記ＮＯＬ５４にＣｒの酸化層５６が含まれるが、前記Ｃｒの酸化層５６は形成されていなくてもよい。かかる場合、前記ＮＯＬ５４は、前記非磁性材料非当接層５３の表面が酸化されて出来た酸化層５３ｂのみで構成されることになる。そして上記したように、ＣｏＦｅ合金の構成元素のうち、Ｆｅの方がＣｏよりも酸化されやすい傾向があるので、Ｃｏは酸化処理によっても酸化されないままの状態で残りやすい。このため、非磁性材料非当接層５３を成膜した後、前記非磁性材料非当接層５３の表面を酸化させると（本発明では自然酸化させる）、Ｃｏが未酸化で残るため図２のように酸化層５３ｂは間欠構造として形成されやすい。
【００６８】
また前記非磁性材料非当接層５３の上にＣｒの酸化層５６を設ける場合は、まずＣｏＦｅ合金で形成された非磁性材料非当接層上にＣｒ層を成膜する。前記Ｃｒ層は非常に薄い膜厚で１Å程度である。このように薄い膜厚で前記Ｃｒ層を成膜すると、前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａ上は前記Ｃｒ層で完全に覆われることなく、部分的にＣｒ層が形成された状態になる。すなわちＣｒ層を成膜した時点で、既に図２に示す間欠部５４ａが前記Ｃｒ層に形成されている。
【００６９】
そして、次に前記Ｃｒ層及び非磁性材料非当接層５３の表面５３ａを酸化処理する。Ｃｒ層は酸化される傾向が強いので、前記Ｃｒ層はほぼ全てが酸化された酸化層５６となる。さらに前記酸化層５６の下にある非磁性材料非当接層５３にまで酸化が進み、前記酸化層５６下の所々で前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａが酸化された状態になる。
【００７０】
また前記Ｃｒ層を成膜した段階で形成された間欠部のうち、図２のＡの部分では、前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａが酸化され酸化層５３ｂが形成され、前記酸化層５３ｂによってＡの部分は遮断された状態になっている。このようにＣｒ層を成膜した時に出来た間欠部のうち、一部の間欠部から露出した非磁性材料非当接層５３の表面５３ａは酸化されて前記間欠部を遮断してもかまわない。
【００７１】
一方、図２に示す間欠部５４ａでは、前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａが少なくとも一部酸化されない状態で残り、前記間欠部５４ａからは前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａが露出した状態になっている。
【００７２】
前記Ｃｒ層は、ＮＯＬ５４を薄く均一な膜厚の間欠構造とするために形成した方が良い。
【００７３】
なお図２に示すＮＯＬ５４の形態は、模式図的に示したものであり、非磁性材料非当接層５３とＣｒ層との酸化のされ方を説明するために用いたものである。特にＮＯＬ５４は非常に薄い膜厚（せいぜい１０〜３０Å程度）であるので、例えば図２のように、酸化層５３ｂとＣｒの酸化層５６との間に境界を見るのは実物においては非常に困難であるが、組成分析等によってＣｒ酸化層５６と酸化層５３ｂとの存在を測定することは可能であり、また後でＴＥＭ写真で示すように、前記ＮＯＬ５４に間欠部５４ａが形成されていることを見ることはできる。
【００７４】
本発明では、前記非磁性材料非当接層５３にＣｏＦｅを、非磁性材料当接層５５にＣｏを用い、前記非磁性材料当接層５５の平均膜厚を１６〜１９Åの範囲内にすることで、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊の両方を適切に実用レベルにまで向上させることが出来る。
【００７５】
後述する実験結果によれば、非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層にＣｏＦｅを用い、同じ膜厚及び成膜条件の下に成膜された比較例に比して本発明の方が抵抗変化率を向上できることがわかった。その理由についてはいくつか考えられる。
【００７６】
まず第一に、本発明のように非磁性材料当接層５５としてＣｏを用いると、ＣｏＦｅ合金に比べて不純物が少ないので、電子の平均自由行程を延ばすことができると考えられるからである。
【００７７】
ＧＭＲ効果の基本原理について図３を用いて説明する。図３に示すように、非磁性材料層が２つの磁性層（フリー磁性層と非磁性材料当接層）に挟まれた構成で、前記２つの磁性層の磁化方向が平行状態である場合を考察してみる。
【００７８】
このとき磁性層内でのマジョリティスピン電子、例えば上向きのスピンをもつ伝導電子は、マイノリティスピン電子、例えば下向きのスピンをもつ伝導電子よりも平均自由行程が長いことが知られている。この上向きのスピンをもつ伝導電子と下向きのスピンをもつ伝導電子の平均自由行程差が大きいほどＧＭＲ効果は大きくなり、すなわち抵抗変化率を向上させることが可能になる。
【００７９】
前記ＧＭＲ効果に寄与するのは、図３に示すフリー磁性層と非磁性材料当接層であるから、この２層の中を通る伝導電子の平均自由行程について考えてみると、上向きのスピンをもつ伝導電子は、ＮＯＬの表面で鏡面反射し、この反射後でもスピン状態は維持されるので前記ＮＯＬを設けない場合に比べて前記上向きのスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばすことが出来る。
【００８０】
しかし前記非磁性材料当接層がＣｏＦｅ合金で形成されると前記非磁性材料当接層内に不純物が多くなるので、前記上向きのスピンを持つ伝導電子がこの不純物に衝突しやすく、そこで拡散散乱が生じ、適切に前記上向きのスピンを持つ伝導電子の平均自由行程を延ばすことが出来なくなる。
【００８１】
このためＣｏＦｅ合金に比べて不純物が少ないＣｏを非磁性材料当接層として用いた方が、前記不純物への衝突による拡散散乱の割合を減らすことが出来、この結果、上向きのスピンを持つ伝導電子と下向きのスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を大きくでき、ＧＭＲ効果を大きく出来るものと考えられる。
【００８２】
第二に、各層を成膜した後、前記反強磁性層３４と第１固定磁性層５０との間で交換結合磁界を生じさせるべく、磁場中熱処理を行う。この熱処理のとき、非磁性材料当接層がＣｏＦｅ合金で形成されていると、前記ＣｏＦｅ合金を構成するＦｅがＣｏに比べて酸化されやすい傾向にあるため、ＮＯＬに含まれている酸素等が前記非磁性材料当接層側へ拡散するマイグレーション等を起こし、前記ＮＯＬの表面が粗れた状態（すなわち平坦化度が低い状態）になりやすい。前記ＮＯＬの表面の平坦化度が高いほど、前記上向きのスピンを持つ伝導電子は前記ＮＯＬ表面で鏡面反射しやすいが、前記のように前記ＮＯＬ表面が粗れて平坦化度が落ちると前記ＮＯＬ表面で上向きのスピンを持つ伝導電子が適切に鏡面反射できず拡散散乱が生じやすくなって、前記上向きのスピンを持つ伝導電子と下向きのスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差を適切に大きくできない。
【００８３】
一方、本発明のように、非磁性材料当接層にＣｏを用いた場合、上記した磁場中熱処理等においても前記Ｃｏは酸化されにくく、前記ＮＯＬ表面はきれいな鏡面を保つ。すなわち本発明の方が前記ＮＯＬ表面の平坦化度が高い状態である。この結果、非磁性材料当接層にＣｏＦｅ合金を用いた場合に比べて、前記上向きのスピンを持つ伝導電子と下向きのスピンを持つ伝導電子の平均自由行程差をより大きくでき、ＧＭＲ効果を向上させることが出来ると考えられる。
【００８４】
ここで上記平坦化度は、例えば表面の中心線平均粗さで示され、中心線平均粗さが小さいほど平坦化度は高い関係にある。
【００８５】
また前記ＣｏはＣｏＦｅ合金よりも比抵抗が低いことも本発明の方がＧＭＲ効果を適切に向上させることができる一因であると考えられる。
【００８６】
次に本発明では、後述する実験結果によれば、非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層にＣｏを用い、同じ膜厚及び成膜条件の下に成膜された比較例に比して本発明の方が一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を向上させることがわかった。ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、前記第１固定磁性層５０と反強磁性層３４間で発生する交換結合磁界や、前記第１固定磁性層５０と非磁性材料非当接層５３間に生じるＲＫＫＹ相互交換作用における結合磁界、前記非磁性材料非当接層５３と非磁性材料当接層５５間に生じる強磁性結合磁界などを含む磁界の大きさである。
【００８７】
本発明では非磁性材料非当接層としてＣｏＦｅ合金を用い、前記非磁性材料非当接層の表面を酸化処理したとき、Ｆｅが優先的に酸化され、一方、Ｃｏが未酸化のまま残りやすいため、図２で説明したように、前記非磁性材料非当接層５３の表面５３ａを酸化処理したことで形成されたＮＯＬ５４に間欠部５４ａが形成されやすい。このような間欠部５４ａがあると、前記間欠部５４ａでは前記非磁性材料非当接層５３と非磁性材料当接層５５とが適切に磁気的結合されており、この結果、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が大きくなる。
【００８８】
しかし、非磁性材料非当接層としてＣｏを使用し、前記非磁性材料非当接層の表面を酸化処理すると、前記非磁性材料非当接層の表面は均一に酸化され、図２に示したような間欠部を有するＮＯＬが形成されにくい。このため非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間の磁気的結合は分断されやすく、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）は、前記非磁性材料非当接層にＣｏＦｅ合金を使用した場合に比べて低くなりやすい。
【００８９】
特に後述する実験結果では、非磁性材料非当接層；ＣｏＦｅ／ＮＯＬ／非磁性材料当接層；Ｃｏの積層構造とし、前記非磁性材料当接層の膜厚を１６〜１９Åの範囲内に設定すると、非磁性材料非当接層；Ｃｏ／ＮＯＬ／非磁性材料当接層；Ｃｏの積層構造とし、前記非磁性材料当接層の膜厚を１６〜１９Åの範囲内に設定した場合に比べて確実に高い一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を得ることが出来ることがわかった。
【００９０】
また本発明では、図１のように前記固定磁性層３５は、下から第１固定磁性層５０、非磁性中間層５１、第２固定磁性層５２の順に積層されたシンセティックフェリピンド構造であり、前記第２固定磁性層５２が、下から前記非磁性材料非当接層５３、ＮＯＬ５４、非磁性材料当接層５５の順に積層された構造であることが好ましい。
【００９１】
シンセティックフェリピンド構造であると、前記第１固定磁性層５０と第２固定磁性層５２間にＲＫＫＹ相互作用が働き、前記第１固定磁性層５０と第２固定磁性層５２の磁化が反平行状態になるとともに、前記第１固定磁性層５０と反強磁性層３４間に生じる交換結合磁界も相俟って前記固定磁性層３５の磁化は、シンセティックフェリピンド構造を用いず、非磁性材料非当接層５３、ＮＯＬ５４、非磁性材料当接層５５の３層構造のみで構成した場合に比べて、強固に固定される。
【００９２】
図４は、本発明の別の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。
【００９３】
図４に示される磁気検出素子では、アルミナなどの絶縁性材料からなる下部ギャップ層１０上に積層体が形成されている。
【００９４】
図４に示す実施形態では、前記積層体は、下からシード層２１、非磁性金属層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。
【００９５】
シード層２１は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒ、Ｔａなどで形成されている。シード層２１は、例えば（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%の膜厚３５Å〜６０Åで形成される。
シード層２１があると、非磁性金属層２２の[１１１]配向が良好になる。
【００９６】
前記固定磁性層２３は、第１固定磁性層２３ａと第２固定磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層されたシンセティックフェリピンド構造を有している。前記固定磁性層２３は、前記固定磁性層２３自体の一軸異方性によって磁化が、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
【００９７】
非磁性材料層２４は、固定磁性層２３とフリー磁性層２５との磁気的な結合を防止する層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。非磁性材料層の膜厚は１７Å〜３０Åである。
【００９８】
フリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図４に示す実施形態では特にフリー磁性層２５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、フリー磁性層２５と非磁性材料層２４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。前記フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜６０Åである。また、フリー磁性層２５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたシンセティックフェリフリー構造であってもよい。
【００９９】
保護層２６はＴａなどからなり、前記積層体の酸化の進行を抑える。保護層２６の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【０１００】
図４に示す実施形態では、前記シード層２１から保護層２６までの積層体の両側にはバイアス下地層２７、ハードバイアス層２８及び電極層２９が形成されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層２５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【０１０１】
バイアス下地層２７，２７はＣｒ、Ｗ、Ｔｉで、ハードバイアス層２８，２８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おり、電極層２９，２９は、Ｃｒ、Ｔａ，Ｒｈ，ＡｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【０１０２】
電極層２９，２９、及び保護層２６上には、アルミナなどの絶縁性材料からなる上部ギャップ層２０が積層される。なお、図示はしないが、下部ギャップ層１０の下には下部シールド層が設けられ、上部ギャップ層２０上には上部シールド層が設けられる。下部シールド層及び上部シールド層はＮｉＦｅなどの軟磁性材料によって形成される。
【０１０３】
前記フリー磁性層２５の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層２５の磁化が感度良く変動する。
【０１０４】
前記フリー磁性層２５の磁化方向の変動と、固定磁性層２３の固定磁化方向（特に第２固定磁性層２３ｃ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。
【０１０５】
上記したように、図４に示される磁気検出素子の固定磁性層２３は、第１固定磁性層２３ａと第２固定磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層されたシンセティックフェリピンド構造である。第１固定磁性層２３ａの磁化と第２固定磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって互いに反平行方向に向けられている。
【０１０６】
そして第１固定磁性層２３ａは、前記非磁性金属層２２に接している。前記非磁性金属層２２は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）合金によって形成されている。前記非磁性金属層２２の膜厚は、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。
【０１０７】
前記非磁性金属層２２の膜厚がこの範囲内であると、非磁性金属層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、非磁性金属層２２の膜厚が、５０Åより大きくなると、２５０℃以上の熱が加わったときに、非磁性金属層２２の結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するので好ましくない。ただし、非磁性金属層２２の膜厚が、５０Åより大きくても、２５０℃以上の熱が加わらなければ、非磁性金属層の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【０１０８】
前記ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，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）からなる非磁性金属層２２が面心立方構造（ｆｃｃ）の結晶構造を有するとき、この非磁性金属層２２と第１固定磁性層２３ａとの界面には交換結合磁界は発生しないか、または極めて弱く、交換結合磁界によって第１固定磁性層２３ａの磁化方向を固定することはできない。
【０１０９】
従って、図４に示される磁気検出素子は、固定磁性層２３自体の一軸異方性によって固定磁性層２３の磁化が固定されている。図４に示される磁気検出素子は、自己固定式の磁気検出素子と呼ばれる。
【０１１０】
自己固定式の磁気検出素子は、２００Å程度の厚い膜厚の反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて分流損失を少なくできるので、磁気検出素子の磁界検出出力を向上させることができる。また、磁気検出素子の上下に設けられるシールド層間の距離も短くなるので、記録媒体のさらなる高線記録密度化に対応することもできる。
【０１１１】
図４に示す実施形態では、前記固定磁性層２３の磁化を固定する一軸異方性を決める、誘導磁気異方性と磁気弾性効果のうち、磁気弾性効果を主に利用している。前記磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層２３にかかる応力σと固定磁性層２３の磁歪定数λによって規定される。
【０１１２】
図４に示す実施形態では、前記積層体の記録媒体との対向面は開放端となっているが、その他の周囲は、図４に示すハードバイアス層２８，２８や電極層２９，２９、図示しない絶縁材料層によって埋められている。
【０１１３】
従って、もともと２次元的に等方的であった下部ギャップ層２０及び上部ギャップ層３０からの応力が記録媒体との対向面で開放された結果、対称性がくずれて、前記積層体には、ハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に、引っ張り応力が加えられている。また、バイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び電極層２９，２９の積層膜が圧縮性の内部応力を有している場合には、電極層２９などが面内方向に延びようとするため、前記積層体には、トラック幅方向に（図示Ｘ方向）に平行な方向及び反平行な方向に圧縮応力を加えられている。
【０１１４】
すなわち、記録媒体との対向面が開放されている固定磁性層２３には、ハイト方向の引張り応力とトラック幅方向の圧縮応力が加えられる。そして、第１固定磁性層２３ａは、磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されており、磁気弾性効果によって、第１固定磁性層２３ａの磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となり、第１固定磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向と平行方向または反平行方向に固定される。前記第２固定磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって第１固定磁性層２３ａの磁化方向と反平行方向を向いた状態で固定される。
【０１１５】
図４の実施形態では、前記固定磁性層２３の磁歪定数を大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくするものである。前記固定磁性層２３の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層２３の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【０１１６】
具体的には，前記固定磁性層２３を構成する第１固定磁性層２３ａを、非磁性金属層２２と接合させることによって、第１固定磁性層２３ａの結晶構造に歪みを生じさせて第１固定磁性層２３ａの磁歪定数λを大きくさせている。
【０１１７】
先に述べたように、非磁性金属層２２は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に[１１１]面として表される等価な結晶面が優先配向するものである。
【０１１８】
一方、固定磁性層２３の第１固定磁性層２３ａがＣｏまたはＣｏxＦｅy（ｙ≦２０，ｘ＋ｙ＝１００）によって形成されていると、第１固定磁性層２３ａは面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとる。また、第１固定磁性層２３ａは、界面と平行な方向に、[１１１]面として表される等価な結晶面が優先配向している。
【０１１９】
従って、第１固定磁性層２３ａを構成する原子と非磁性金属層２２を構成する原子が互いに重なりあいやすくなるが、第１固定磁性層２３ａの[１１１]面内の最近接原子間距離と、非磁性金属層２２の[１１１]面内の最近接原子間距離には、一定以上の差があることが必要である。
【０１２０】
非磁性金属層２２を構成する原子と第１固定磁性層２３ａの原子とを重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせ、第１固定磁性層２３ａの磁歪を大きくするために、非磁性金属層２２の材料である前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を調節する。
【０１２１】
例えば、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を、５１原子％以上にすると、非磁性金属層２２に重なる第１固定磁性層２３ａの磁歪が急激に増加する。また、前記ＰｔＭｎ合金中のＰｔ含有量、または、Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量が、５５原子％以上９９原子％以下であると、前記第１磁性層の磁歪が大きな値をとりつつ安定する。
【０１２２】
また、非磁性金属層２２の[１１１]面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第１固定磁性層２３ａの[１１１]面内の最近接原子間距離との差を、第１固定磁性層２３ａの[１１１]面内の最近接原子間距離で割った値（ミスマッチ値）を、０．０５以上０．２０以下にすることが好ましい。
【０１２３】
このように、第１固定磁性層２３ａの結晶構造に歪みが生じると、第１固定磁性層２３ａの磁歪定数λを大きくすることができるので、大きな磁気弾性効果を発揮することができる。
【０１２４】
図４の実施形態でも前記固定磁性層２３を構成する第２固定磁性層２３ｃは、前記非磁性材料層２４に接して形成された非磁性材料当接層２３ｃ３と、非磁性中間層２３ｂに接して形成された非磁性材料非当接層２３ｃ１と、前記非磁性材料非当接層２３ｃ１と、非磁性材料当接層２３ｃ３との間に、前記非磁性材料非当接層２３ｃ１の表面が酸化されてなり鏡面反射効果を有するＮＯＬ２３ｃ２とを有して構成され、前記非磁性材料当接層２３ｃ３はＣｏで、前記非磁性材料非当接層２３ｃ１はＣｏＦｅ合金で形成され、前記非磁性材料当接層２３ｃ３の平均膜厚は１６〜１９Åの範囲内で形成されている。
【０１２５】
これにより図１に示す実施形態を用いて説明したのと同様に、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）の両方を適切に実用レベルにまで向上させることが出来る。
【０１２６】
また前記ＮＯＬ２３ｃ２の形態については図２と同様であるのでそちらを参照されたい。
【０１２７】
なお第１固定磁性層２３ａ及び前記第２固定磁性層２３ｃの非磁性材料非当接層２３ｃ１として、ｂｃｃ構造をとるＣｏxＦｅy（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）を用いると、正磁歪を大きくすることができる。ｂｃｃ構造をとるＣｏxＦｅy（ｙ≧２０，ｘ＋ｙ＝１００）は、保磁力が大きく、前記固定磁性層２３の磁化固定を強固にすることができる。
【０１２８】
本発明における磁気検出素子の製造方法について説明する。磁気検出素子を構成する固定磁性層の部分を中心に説明する。
【０１２９】
磁気検出素子を構成する各層はスパッタ法や蒸着法を用いて成膜される。図５ないし図７は固定磁性層６０の製造方法を示す一工程図である。
【０１３０】
図５では、図１に示す反強磁性層３４（あるいは図４に示す非磁性金属層２２）の上に、前記固定磁性層６０を構成する第１固定磁性層６１を、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏあるいはＮｉＦｅ合金等で形成する。好ましくは前記第１固定磁性層６１をＣｏＦｅ合金で形成する。前記第１固定磁性層６１を１０Å〜２０Åの範囲内で形成する。
【０１３１】
次に前記第１固定磁性層６１の上に、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種またはこれらの２種以上の合金で形成される非磁性中間層６２を形成する。
【０１３２】
次に前記非磁性中間層６２の上に、第２固定磁性層６６を構成する非磁性材料非当接層６３を形成する。本発明では前記非磁性材料非当接層６３をＣｏＦｅ合金で形成する。前記非磁性材料非当接層６３を３Å〜８Åの範囲内で形成することが好ましい。例えば前記非磁性材料非当接層６３を５Åの膜厚で成膜する。
【０１３３】
続いて前記非磁性材料非当接層６３上にＣｒ層６４を成膜する。前記Ｃｒ層６４を平均膜厚で１Å程度に成膜する。１Åは、原子粒径よりも小さい値なので、前記Ｃｒ層６４を平均膜厚で１Å程度の非常に薄い膜で成膜すると、前記非磁性材料非当接層６３上を完全に覆うように成膜されず、前記Ｃｒ層６４には所々に間欠部６４ａが形成された状態になる。
【０１３４】
次に酸化処理を行う。酸化は自然酸化であることが好ましく、５００Ｌから１００ＭＬ（０．０７Ｐａ・Ｓ〜１３．３Ｋ  Ｐａ・Ｓ）の範囲内の酸化条件で行う。ここでＬとは、酸化分圧（μＴｏｒｒ）×酸化時間（ｓｅｃ）（＝１．３３×１０-4Ｐａ・Ｓｅｃ）のことを意味する。前記酸化条件が５００Ｌ（０．０７Ｐａ・Ｓ）よりも低いと、適切に前記Ｃｒ層６４及び非磁性材料非当接層６３の表面を酸化できず、効果的な鏡面反射効果を有するＮＯＬを形成できない。一方、酸化条件を１００ＭＬ（１３．３Ｋ  Ｐａ・Ｓ）より大きくすると、前記非磁性材料非当接層６３が酸化されすぎて膜厚が厚く間欠部の無いＮＯＬが形成されてしまい、非磁性材料非当接層６３と非磁性材料当接層６６間の磁気的結合が弱くなり、一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が低くなってしまい好ましくない。
【０１３５】
図６で示すように、前記酸化処理を行うと前記Ｃｒ層６４は酸化されＣｒ−Ｏ層６４ｂに変態する。また前記Ｃｒ−Ｏ層６４ｂ下や、図５の時点で間欠部６４ａから露出していた非磁性材料非当接層６３の表面６３ａも一部酸化される。
【０１３６】
ただし、前記非磁性材料非当接層６３を構成するＣｏＦｅ合金は、ＣｏよりもＦｅの方が酸化されやすくＣｏは未酸化のまま残りやすいので、上記した酸化条件で酸化を行えば、Ｃｒ層６４に形成されていた間欠部６４ａから露出する非磁性材料非当接層６３の表面６３ａは、一部酸化されずに残り、その酸化されない部分は、前記Ｃｒ−Ｏ層６４ｂ及びＣｏＦｅ−Ｏ層６３ｂから成るＮＯＬ６５の間欠部６５ａとして構成される。
【０１３７】
図６に示すような間欠構造のＮＯＬ６５を薄く均一な膜で形成するには、図５の工程で非磁性材料非当接層６３上にＣｒ層６４を形成し、図６の工程時に前記Ｃｒ層６４を酸化し、Ｃｒ−Ｏ層６４ｂも含めてＮＯＬ６５を構成することが好ましい。
【０１３８】
前記ＮＯＬ６５は、あまりに薄い膜厚すぎて間欠部が多くなりすぎたり、表面のうねりが激しく平坦化度が低いと、上向きのスピンをもつ伝導電子が、前記ＮＯＬ６５表面で鏡面反射する割合が減るので、抵抗効果率を適切に向上させることができない。しかし一方、前記ＮＯＬ６５に間欠部６５ａが形成されていないと、非磁性材料非当接層６３と非磁性材料当接層６６間での強磁性結合が弱くなるため一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を十分に大きくできないといった問題が発生する。
【０１３９】
例えば前記Ｃｒ層６４を図５工程時に形成していないと、前記非磁性材料非当接層６３の表面６３ａの酸化によって形成されたＣｏＦｅ−Ｏ層６３ｂのみでＮＯＬ６５が構成されることになる。ここで非磁性材料非当接層６３を構成するＣｏＦｅ合金の組成比は、前記第１固定磁性層６１間でのＲＫＫＹ相互作用による結合磁界を大きくするためＦｅよりもＣｏの含有量を多くすることが好ましい。一例をあげるとＣｏ90Ｆｅ10合金（数値はａｔ％）で前記非磁性材料非当接層６３を形成する。すなわち前記非磁性材料非当接層６３内に含有されているＦｅ量は非常に少なく、上記したようにＦｅはＣｏより酸化されやすい性質があるが、前記非磁性材料非当接層６３表面付近にあるＦｅ量は少ないので、前記非磁性材料非当接層６３表面での酸化は促進されにくく、低い酸化条件であると間欠箇所の割合がかなり大きく膜厚も不均一なＮＯＬ６５が形成されやすく、一方、高い酸化条件であるとＣｏも酸化が促進されて間欠箇所の割合が少ないＮＯＬ６５が形成されやすいと考えられる。
【０１４０】
そこで前記非磁性材料非当接層６３上にＣｒ層６４を形成し、特に前記Ｃｒ層６４を非常に薄い均一な膜厚の間欠構造で形成すると、自然酸化処理によって前記Ｃｒ層６４の部分は適切に酸化されるので、少なくとも前記Ｃｒ層６４に形成された間欠部以外の部分が適切に酸化された薄い膜厚のＮＯＬ６５を形成できる。
【０１４１】
次に図７に示す工程では、前記ＮＯＬ６５上及び前記ＮＯＬ６５の間欠部６５ａから露出する非磁性材料非当接層６３上に非磁性材料当接層６６をスパッタ法あるいは蒸着法等で成膜する。
【０１４２】
図７に示すように前記ＮＯＬ６５には間欠部６５ａが形成されているので、その部分では前記非磁性材料非当接層６３と非磁性材料当接層６６とが直接接し、両者の強磁性結合は、両者間にＮＯＬ６５が介在している箇所に比べて強くなる。
【０１４３】
本発明では前記非磁性材料当接層６６をＣｏで形成し、且つ１６〜１９Åの膜厚内で形成する。その後、磁場中熱処理を行ない、図１に示す反強磁性層３４と図７に示す固定磁性層６０の第１固定磁性層６１との間で交換結合磁界を生じさせる。
【０１４４】
このとき、非磁性材料当接層６６を構成するＣｏは、前記熱処理によっても酸化しにくく、ＮＯＬ６５内の酸素が前記非磁性材料当接層６６側に拡散するマイグレーションを起こしにくい。このため前記ＮＯＬ６５の表面６５ｂは上記した熱処理によっても粗れず、高い平坦化度を有する鏡面として維持される。
【０１４５】
また非磁性材料当接層６６を成膜するときに使用されるターゲットの純度を高くすることで前記非磁性材料当接層６６内に不純物が混ざるのを抑制できる。例えば非磁性材料当接層６６には４Ｎ以上（９９．９９％以上の純度、酸素含有量は２０ｐｐｍ程度）のＣｏターゲットを使用することが好ましい。ちなみに非磁性材料非当接層６３を成膜するときには、３Ｎ（９９．９％の純度、酸素含有量は４０ｐｐｍ程度）のＣｏＦｅターゲットを使用しても問題にはならない。
【実施例】
【０１４６】
図８ないし図１０は、以下の膜構成１からなる磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ（％））及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を測定した実験結果である。
【０１４７】
膜構成１は、Ｓｉ／Ａｌ2Ｏ3／シード層；（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）80Ｃｒ40（４１Å）／反強磁性層；Ｐｔ50Ｍｎ50（１２０）／第１固定磁性層；Ｃｏ90Ｆｅ10（１４）／非磁性中間層；Ｒｕ（９）／非磁性材料非当接層；Ｃｏ90Ｆｅ10（５）／Ｃｒ層（１）／自然酸化（１０ＫＬ）／非磁性材料当接層／非磁性材料層；Ｃｕ（１８）／フリー磁性層；［Ｃｏ90Ｆｅ10（１０）／Ｎｉ80Ｆｅ20（３０）］／保護層；Ｔａ（３０）である。なお各材料の組成比はａｔ％である。また括弧書きの数値は膜厚で単位はÅである。
【０１４８】
また上記した自然酸化は、非磁性材料非当接層及びＣｒ層を積層した後、１０ＫＬ（１．４Ｐａ・Ｓ）の条件で行った。この自然酸化処理によってＮＯＬが形成される。このＮＯＬはＣｒ層と非磁性材料非当接層であるＣｏＦｅの表面が酸化されて形成されたものである。
【０１４９】
さらに上記膜構成１を形成した後、磁場中熱処理によって前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を生じさせ、前記第１固定磁性層を所定の方向に磁化固定させた。なお前記第１固定磁性層と、非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層との磁化関係は、両者間に作用するＲＫＫＹ相互作用によって反平行になっている。
【０１５０】
実験では、実施例１として非磁性材料当接層にＣｏを使用した上記膜構成１から成る磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を求めた。
【０１５１】
また、比較例１として非磁性材料当接層にＣｏＦｅを使用した上記膜構成１から成る磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を求めた。
【０１５２】
さらに、比較例２として非磁性材料当接層にＣｏＦｅを使用し、且つ上記自然酸化処理を行っていない（すなわちＮＯＬが形成されていない）上記膜構成１から成る磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層の膜厚と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を求めた。
【０１５３】
図８は、非磁性材料当接層の膜厚と磁気検出素子（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。図８に示すように、実施例、比較例１及び比較例２ともに非磁性材料当接層の膜厚が大きくなると抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなった。
【０１５４】
図８に示すように実施例１、比較例１及び比較例２のうち、実施例１が最も大きい抵抗変化率を示した。その理由は、非磁性材料当接層にＣｏを使用した実施例１では、非磁性材料当接層にＣｏＦｅを使用した比較例１，２に比べて非磁性材料当接層に不純物が少なく、上向きのスピンをもつ伝導電子の平均自由行程を長くでき、特に実施例では自然酸化によるＮＯＬが形成されているので、このＮＯＬで前記伝導電子はスピンを依存したまま反射するので平均自由行程をより長くできるからと考えられる。
【０１５５】
またＣｏはＣｏＦｅに比べて酸化されにくいため、上記した磁場中熱処理工程によっても前記Ｃｏは酸化されにくく、ＮＯＬの酸素が前記非磁性材料当接層側に拡散するのが抑制され、この結果、実施例１におけるＮＯＬ表面の平坦化度を、比較例２におけるＮＯＬ表面の平坦化度に比べて高い状態に維持できると考えられ、これも実施例１の方が比較例１及び比較例２に比べて飛躍的に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を高くできる要因の一つと思われる。
【０１５６】
図９は、非磁性材料当接層の膜厚と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を示すグラフである。ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、前記第１固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界や、前記第１固定磁性層と非磁性材料非当接層間に生じるＲＫＫＹ相互交換作用における結合磁界、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間に生じる強磁性結合磁界などを含む磁界の大きさである。
【０１５７】
図９に示すように、実施例１、比較例１及び比較例２ともに非磁性材料当接層の膜厚が小さくなると一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が大きくなることがわかった。
【０１５８】
比較例２が実施例１や比較例１に比べてかなり高い一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）を示すのは、ＮＯＬが形成されていないからである。ＮＯＬが形成されている部分では、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間の磁気的結合が分断されやすいが、ＮＯＬが形成されていない比較例２では、そのような磁気的結合の分断が生じにくいので、比較例２では実施例１や比較例２に比べて高い一方向性交換バイアス磁界を示しやすい。しかし図８に示すように、比較例２は抵抗変化率が低くなり、磁気抵抗変化率と一方向性交換バイアス磁界の双方を共に高くすることができないといった問題がある。
【０１５９】
図９に示すように実施例１と比較例１は非磁性材料当接層の膜厚に対しほぼ同じような一方向性交換バイアス磁界を示すことがわかった。
【０１６０】
図１０は図８と図９に示す実験結果を下に、実施例１、比較例１及び比較例２の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示したものである。
【０１６１】
図１０に示すように、一方向性交換バイアス磁界と磁気抵抗効果率の双方を高くできるのは実施例であることがわかった。
【０１６２】
図８ないし図１０に示す実験結果を総合的に勘案すると、実施例１のように非磁性材料非当接層にＣｏＦｅを用い、非磁性材料当接層にＣｏを用い、前記非磁性材料当接層と非磁性材料非当接層間にＮＯＬを介在させた形態では、前記非磁性材料当接層の膜厚を１６Å以上にすれば、比較例１や比較例２の形態において非磁性材料当接層を２０Å程度まで大きくしても、実施例１の方が比較例１や比較例２よりも高い抵抗変化率を示すことがわかった。また一方向性交換バイアス磁界にあっては、実施例１の場合、比較例２に比べて低い一方向性交換バイアス磁界しか得られないものの比較例１と比較すると非磁性材料当接層の膜厚が同じ場合に、ほぼ同程度の一方向性交換バイアス磁界を得ることが出来ることがわかった。
【０１６３】
図１１ないし図１３は、以下の膜構成２からなる磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ（％））及び一方向性交換バイアス磁界Ｈｅｘ＊との関係を測定した実験結果である。
【０１６４】
膜構成２は、Ｓｉ／Ａｌ2Ｏ3／シード層；（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）80Ｃｒ40（５２Å）／反強磁性層；Ｐｔ50Ｍｎ50（１４０）／第１固定磁性層；Ｃｏ90Ｆｅ10（１４）／非磁性中間層；Ｒｕ（９）／非磁性材料非当接層（５）／Ｃｒ層（１）／自然酸化（１００ＫＬ）／非磁性材料当接層：Ｃｏ／非磁性材料層；Ｃｕ（１８）／フリー磁性層；［Ｃｏ90Ｆｅ10（１０）／Ｎｉ80Ｆｅ20（３５）］／保護層；Ｔａ（３０）である。なお各材料の組成比はａｔ％である。また括弧書きの数値は膜厚で単位はÅである。
【０１６５】
また上記した自然酸化は、非磁性材料非当接層及びＣｒ層を積層した後、１００ＫＬ（１４Ｐａ・Ｓ）の条件で行った。この自然酸化処理によってＮＯＬが形成される。このＮＯＬはＣｒ層と非磁性材料非当接層の表面が酸化されて形成されたものである。
【０１６６】
さらに上記膜構成を形成した後、磁場中熱処理によって前記反強磁性層と前記第１固定磁性層間に交換結合磁界を生じさせ、前記第１固定磁性層を所定の方向に磁化固定させた。なお前記第１固定磁性層と、非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層との磁化関係は、両者間に作用するＲＫＫＹ相互作用によって反平行になっている。
【０１６７】
実験では、実施例２として非磁性材料非当接層にＣｏＦｅを使用した上記膜構成から成る磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層（Ｃｏ）の膜厚と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）、及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を求めた。
【０１６８】
また、比較例３として非磁性材料非当接層にＣｏを使用した上記膜構成２から成る磁気検出素子を形成し、非磁性材料当接層（Ｃｏ）の膜厚と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）及び一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を求めた。
【０１６９】
図１１は、非磁性材料当接層の膜厚と磁気検出素子（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフである。図１１に示すように、実施例２及び比較例３ともに非磁性材料当接層の膜厚が大きくなると磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなった。
【０１７０】
図１１に示すように、比較例３の方が実施例２よりも高い磁気抵抗変化率を示した。
図１２は、非磁性材料当接層の膜厚と一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）との関係を示すグラフである。ここで一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）とは、前記第１固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界や、前記第１固定磁性層と非磁性材料非当接層間に生じるＲＫＫＹ相互交換作用における結合磁界、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間に生じる強磁性結合磁界などを含む磁界の大きさである。
【０１７１】
図１２に示すように、実施例２及び比較例３ともに非磁性材料当接層の膜厚が大きくなると一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）が小さくなることがわかった。
【０１７２】
ここで図１２に示すように実施例２の方が比較例３に比べて高い一方向性交換バイアス磁界を示した。
【０１７３】
実施例２の場合、自然酸化処理の際に、非磁性材料非当接層であるＣｏＦｅのうち、Ｆｅの方がＣｏに比べて優先的に酸化されＣｏは未酸化のまま残りやすく、その結果、図２で説明したようにＮＯＬ５４には間欠部５４ａが形成されやすい。前記ＮＯＬ５４に間欠部５４ａが形成されていると前記間欠部５４ａを介して非磁性材料非当接層５１と非磁性材料当接層５５とが磁気的結合を起こし、一方向性交換バイアス磁界は高まる。
【０１７４】
一方、比較例３のように、非磁性材料非当接層がＣｏで形成されていると、Ｃｏは均一に酸化されてしまうので、前記ＮＯＬには図２に示すような間欠部５４ａが形成されにくく、この結果、実施例２に比べて非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間の磁気的結合は分断されやすい状態になっている。
【０１７５】
このため図１２に示すように、実施例２の方が比較例３に比べて、高い一方向性交換バイアス磁界を示すものと考えられる。
【０１７６】
図１３は、図１１及び図１２の実験結果を下にして、実施例２、及び比較例３の一方向性交換バイアス磁界（Ｈｅｘ＊）と磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示したものである。
【０１７７】
図１３に示すように、一方向性交換バイアス磁界が実施例２及び比較例３共に同じ値である場合、実施例２の方が比較例３に比べて高い磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を示すことがわかった。また、比較例３では、上記膜構成２の場合に、１４００Ｏｅ（＝約１１．０６×１０４Ａ／ｍ、１Ｏｅを約７９Ａ／ｍとして計算）以上の一方向性交換バイアス磁界を得られないことがわかった。
【０１７８】
図８ないし図１３に示す実験の結果、次のことを導き出すことが出来る。すなわち実施例１，２のように、非磁性材料非当接層にＣｏＦｅを非磁性材料当接層にＣｏを用い、前記非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間にＮＯＬを介在させた形態の場合、非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層にＣｏＦｅを用いた形態（比較例１，２）に比べて非磁性材料当接層が同じ膜厚のとき常に高い磁気抵抗効果率を得ることができ、しかも非磁性材料非当接層及び非磁性材料当接層にＣｏを用いた形態（比較例３）に比べて非磁性材料当接層が同じ膜厚のとき常に高い一方向性交換バイアス磁界を得ることが出来ることがわかった。
【０１７９】
また実施例１の形態において非磁性材料当接層の膜厚を１６〜１９Åの範囲内にすると、図８に示すように、比較例１，２における非磁性材料当接層の膜厚を１６〜２０Åの範囲内で変動させても実施例１の方が比較例１，２に比べて常に高い磁気抵抗効果率を得ることが出来、また図１２に示すように、比較例３における非磁性材料当接層の膜厚を１６〜２０Åの範囲内で変動させても実施例２の方が比較例３に比べて常に高い一方向性交換バイアス磁界を得ることが出来ることがわかった。
【０１８０】
よって実施例１，２における非磁性材料当接層の膜厚を１６〜１９Åの範囲内に設定した。
【０１８１】
図１４ないし図１９は、上記膜構成１あるいは膜構成２で形成された磁気検出素子を膜厚方向に切断し、その断面をＴＥＭで撮影したＴＥＭ写真、及びその模式図である。
【０１８２】
図１４は上記膜構成１で形成された磁気検出素子で、非磁性材料非当接層にＣｏＦｅ、非磁性材料当接層にはＣｏ（膜厚は１８Å）を用い、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間にＮＯＬを介在させた実施例３のＴＥＭ写真である。図１５は図１４に示すＴＥＭ写真の一部分の模式図である。
【０１８３】
図１４及び図１５に示すように、実施例３の場合（すなわち非磁性材料非当接層：ＣｏＦｅ／ＮＯＬ／非磁性材料当接層：Ｃｏの構成）、ＮＯＬには複数の間欠部が設けられており、非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層とが前記間欠部を介して直接接合した状態にある。さらに前記ＮＯＬの表面は、次に説明する比較例４及び比較例５のＮＯＬ表面に比べて平坦化度が高くなっていることがわかった。
【０１８４】
図１６は上記膜構成１で形成された磁気検出素子で、非磁性材料非当接層にはＣｏＦｅ、非磁性材料当接層にはＣｏＦｅ（膜厚は１８Å）を用い、前記非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間にＮＯＬを介在させた比較例４のＴＥＭ写真である。図１７は図１６に示すＴＥＭ写真の一部分の模式図である。
【０１８５】
図１６及び図１７に示すように、比較例４の場合（すなわち非磁性材料非当接層：ＣｏＦｅ／ＮＯＬ／非磁性材料当接層：ＣｏＦｅの構成）、ＮＯＬの表面は、実施例３に比べてかなり粗れた状態にあり、平坦化度は実施例３よりも低くなっていることがわかった。これは図８のところでも説明したように、非磁性材料当接層にＣｏＦｅを使用すると、ＦｅはＣｏよりも酸化されやすいことから磁場中熱処理等によってＮＯＬを構成する酸素が前記非磁性材料当接層側にも拡散し、その結果、前記ＮＯＬ表面は粗れた状態になるものと考えられる。比較例４のようにＮＯＬ表面の平坦化度が低いと図８で説明したように抵抗変化率の低下が問題となる。
【０１８６】
図１８は上記膜構成２で形成された磁気検出素子で、非磁性材料非当接層にはＣｏ、非磁性材料当接層として使用されるＣｏの膜厚を１８Åとして形成し、前記非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間にＮＯＬを介在させた比較例５のＴＥＭ写真である。図１９は図１８に示すＴＥＭ写真の一部分の模式図である。
【０１８７】
図１８及び図１９に示すように、比較例５の場合（すなわち非磁性材料非当接層：Ｃｏ／ＮＯＬ／非磁性材料当接層：Ｃｏの構成）、ＮＯＬの表面は、比較例４におけるＮＯＬ表面の平坦化度と同じくらいかあるいはそれよりも高い（すなわち平坦化度が良好）ものと思われるが、実施例３のようにＮＯＬに間欠部が形成されておらず、非磁性材料非当接層上全体にＮＯＬが形成された状態にある。このため非磁性材料非当接層と非磁性材料当接層間の磁気的結合は前記ＮＯＬの存在で全体的に分断され、その結果、図１２のところで説明したように、一方向性交換バイアス磁界が低くなるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【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側からみた断面図、
【図２】図１に示す磁気検出素子を構成する固定磁性層の部分を拡大した部分拡大断面図、
【図３】磁気検出素子の鏡面反射層の作用を説明するための模式図、
【図４】本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図５】本発明の固定磁性層の製造方法を示す一工程図（部分拡大断面図）、
【図６】図５の次に行われる一工程図（部分拡大断面図）、
【図７】図６の次に行われる一工程図（部分拡大断面図）、
【図８】実施例１、比較例１及び比較例２における非磁性材料当接層の膜厚と抵抗変化率との関係を示すグラフ、
【図９】実施例１、比較例１及び比較例２における非磁性材料当接層の膜厚と一方向性交換バイアス磁界との関係を示すグラフ、
【図１０】実施例１、比較例１及び比較例２における抵抗変化率と一方向性交換バイアス磁界との関係を示すグラフ、
【図１１】実施例２及び比較例３における非磁性材料当接層の膜厚と抵抗変化率との関係を示すグラフ、
【図１２】実施例２及び比較例３における非磁性材料当接層の膜厚と一方向性交換バイアス磁界との関係を示すグラフ、
【図１３】実施例２及び比較例３における抵抗変化率と一方向性交換バイアス磁界との関係を示すグラフ、
【図１４】実施例３のＴＥＭ写真、
【図１５】図１４の部分模式図、
【図１６】比較例４のＴＥＭ写真、
【図１７】図１６の部分模式図、
【図１８】比較例５のＴＥＭ写真、
【図１９】図１８の部分模式図、
【符号の説明】
【０１８９】
２３、３５、６０  固定磁性層
２３ａ、５０、６１  第１固定磁性層
２３ｂ、５１、６２  非磁性中間層
２３ｃ、５２  第２固定磁性層
２３ｃ１、５３、６３  非磁性材料非当接層
２３ｃ２、５４、６５  ＮＯＬ
２３ｃ３、５５、６６  非磁性材料当接層
３４  反強磁性層
３７  フリー磁性層
５３ａ  酸化層
５４ａ、６４ａ、６５ａ  間欠部
５５  非磁性材料当接層
５６  Ｃｒの酸化層
６３ｂ  ＣｏＦｅ−Ｏ層
６４  Ｃｒ層
６４ｂ  Ｃｒ−Ｏ層
【図１】
2005203572.tif 000003
【図２】
2005203572.tif 000004
【図３】
2005203572.tif 000005
【図４】
2005203572.tif 000006
【図５】
2005203572.tif 000007
【図６】
2005203572.tif 000008
【図７】
2005203572.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005203572.tif 000011
【図１０】
2005203572.tif 000012
【図１１】
2005203572.tif 000013
【図１２】
2005203572.tif 000014
【図１３】
2005203572.tif 000015
【図１５】
2005203572.tif 000016
【図１７】
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【図１９】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１８】
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