JP2002374018A - 磁気検出素子及びその製造方法 - Google Patents
磁気検出素子及びその製造方法Info
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- JP2002374018A JP2002374018A JP2001181203A JP2001181203A JP2002374018A JP 2002374018 A JP2002374018 A JP 2002374018A JP 2001181203 A JP2001181203 A JP 2001181203A JP 2001181203 A JP2001181203 A JP 2001181203A JP 2002374018 A JP2002374018 A JP 2002374018A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁酸化物からなる鏡面反射層を有する磁気
検出素子において、鏡面反射層の上下の層に鏡面反射層
に含まれる酸素が拡散することを防ぎ、鏡面反射層の界
面の均一性を保つことのできる磁気検出素子を提供す
る。 【解決手段】 鏡面反射層Ｓ１の上下に、鏡面反射層に
含まれる酸素の拡散を防止するＮｉＦｅやＣｏＦｅＮｉ
などからなる拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成することによ
り、鏡面反射層Ｓ１に含まれる酸素が拡散することを防
ぎ、鏡面反射層Ｓ１の界面を均一にして、鏡面反射効果
を向上させる。
検出素子において、鏡面反射層の上下の層に鏡面反射層
に含まれる酸素が拡散することを防ぎ、鏡面反射層の界
面の均一性を保つことのできる磁気検出素子を提供す
る。 【解決手段】 鏡面反射層Ｓ１の上下に、鏡面反射層に
含まれる酸素の拡散を防止するＮｉＦｅやＣｏＦｅＮｉ
などからなる拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成することによ
り、鏡面反射層Ｓ１に含まれる酸素が拡散することを防
ぎ、鏡面反射層Ｓ１の界面を均一にして、鏡面反射効果
を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果を利
用して磁界を検出する磁気検出素子に係り、特に、磁気
抵抗変化率を高くでき、高記録密度化に対応することの
できる磁気検出素子およびその製造方法に関する。
用して磁界を検出する磁気検出素子に係り、特に、磁気
抵抗変化率を高くでき、高記録密度化に対応することの
できる磁気検出素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１８は従来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。図１８に示す磁気
検出素子では、図示しない下部シールド層上に下部ギャ
ップ層１０が積層され、下部ギャップ層１０上に下地層
１１を介して反強磁性層１２、固定磁性層１３、鏡面反
射層１４、固定磁性層１３、非磁性導電層１５、フリー
磁性層１６、及び保護層１７が形成され、下地層１１か
ら保護層１７までの積層体が多層膜１８として構成され
ている。
との対向面側からみた断面図である。図１８に示す磁気
検出素子では、図示しない下部シールド層上に下部ギャ
ップ層１０が積層され、下部ギャップ層１０上に下地層
１１を介して反強磁性層１２、固定磁性層１３、鏡面反
射層１４、固定磁性層１３、非磁性導電層１５、フリー
磁性層１６、及び保護層１７が形成され、下地層１１か
ら保護層１７までの積層体が多層膜１８として構成され
ている。
【０００３】反強磁性層１２はＰｔ−Ｍｎ（白金−マン
ガン）合金などの反強磁性材料により形成されている。
ガン）合金などの反強磁性材料により形成されている。
【０００４】固定磁性層１３およびフリー磁性層１６
は、Ｃｏ−Ｆｅ（コバルト−鉄）合金で形成されてお
り、非磁性導電層１５は、Ｃｕ（銅）などの電気抵抗の
低い非磁性導電材料で形成されている。
は、Ｃｏ−Ｆｅ（コバルト−鉄）合金で形成されてお
り、非磁性導電層１５は、Ｃｕ（銅）などの電気抵抗の
低い非磁性導電材料で形成されている。
【０００５】そして多層膜１８の反強磁性層１２の延出
部上及び固定磁性層１３、非磁性導電層１５、及びフリ
ー磁性層１６の側面にかけて、Ｃｒなどで形成された緩
衝膜及び配向膜となるバイアス下地層１９が形成されて
おり、このバイアス下地層１９の形成によって、後述す
るハードバイアス層２０から発生するバイアス磁界を増
大させることができる。
部上及び固定磁性層１３、非磁性導電層１５、及びフリ
ー磁性層１６の側面にかけて、Ｃｒなどで形成された緩
衝膜及び配向膜となるバイアス下地層１９が形成されて
おり、このバイアス下地層１９の形成によって、後述す
るハードバイアス層２０から発生するバイアス磁界を増
大させることができる。
【０００６】バイアス下地層１９の上には、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たハードバ
イアス層２０が形成されている。
−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たハードバ
イアス層２０が形成されている。
【０００７】ハードバイアス層２０は図示Ｘ方向（トラ
ック幅方向）に着磁されており、ハードバイアス層２０
からのＸ方向へのバイアス磁界により、フリー磁性層１
５の磁化は図示Ｘ方向に揃えられている。
ック幅方向）に着磁されており、ハードバイアス層２０
からのＸ方向へのバイアス磁界により、フリー磁性層１
５の磁化は図示Ｘ方向に揃えられている。
【０００８】またハードバイアス層２０上には、Ｃｒ、
Ａｕ、Ｔａ、Ｗなどで形成された電極層２１が形成され
ている。
Ａｕ、Ｔａ、Ｗなどで形成された電極層２１が形成され
ている。
【０００９】さらに、多層膜１８及び電極層２１上に絶
縁材料からなる上部ギャップ層２２が積層され、上部ギ
ャップ層２１上に図示しない上部シールド層が形成され
る。
縁材料からなる上部ギャップ層２２が積層され、上部ギ
ャップ層２１上に図示しない上部シールド層が形成され
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１８に示された磁気
検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であ
り、固定磁性層１３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１６の磁化
が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層１３
とフリー磁性層１６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１６の磁化
が変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層１３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。
検出素子は、いわゆるスピンバルブ型磁気検出素子であ
り、固定磁性層１３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１６の磁化
が適正に図示Ｘ方向に揃えられており、固定磁性層１３
とフリー磁性層１６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１６の磁化
が変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層１３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。
【００１１】図１８に示された磁気検出素子の多層膜１
８には、固定磁性層１３内に鏡面反射層１４が形成され
ている。
８には、固定磁性層１３内に鏡面反射層１４が形成され
ている。
【００１２】鏡面反射層１４は、固定磁性層１３よりも
高い抵抗値を示すものであり、鏡面反射層１４と固定磁
性層１３の界面においてポテンシャル障壁を形成する。
このようなポテンシャル障壁が存在すると、アップスピ
ンの伝導電子を鏡面反射させて、アップスピンの伝導電
子の平均自由行程を延すことができ、磁気検出素子の磁
気抵抗変化率を高くすることができる。
高い抵抗値を示すものであり、鏡面反射層１４と固定磁
性層１３の界面においてポテンシャル障壁を形成する。
このようなポテンシャル障壁が存在すると、アップスピ
ンの伝導電子を鏡面反射させて、アップスピンの伝導電
子の平均自由行程を延すことができ、磁気検出素子の磁
気抵抗変化率を高くすることができる。
【００１３】図１８に示された磁気検出素子は、反強磁
性層１２をＰｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金を用いて
形成している。反強磁性層１２をＰｔ−ＭｎやＮｉＯな
どを用いて形成するときは、反強磁性層１２と固定磁性
層１３との間に交換異方性磁界を生じさせるために多層
膜１８を磁場中熱処理にかける必要がある。
性層１２をＰｔ−Ｍｎ（白金−マンガン）合金を用いて
形成している。反強磁性層１２をＰｔ−ＭｎやＮｉＯな
どを用いて形成するときは、反強磁性層１２と固定磁性
層１３との間に交換異方性磁界を生じさせるために多層
膜１８を磁場中熱処理にかける必要がある。
【００１４】図１８では、鏡面反射層１４は固定磁性層
１３の材料であるＣｏＦｅを酸化することによって形成
したＣｏＦｅＯ膜として形成されている。
１３の材料であるＣｏＦｅを酸化することによって形成
したＣｏＦｅＯ膜として形成されている。
【００１５】このように、ＣｏＦｅ膜からなる固定磁性
層１３と、ＣｏＦｅの酸化物であるＣｏＦｅＯ膜からな
る鏡面反射層１４が接合していると、前記磁場中熱処理
の工程によって、ＣｏＦｅＯ膜に含まれる酸素原子がＣ
ｏＦｅ膜からなる固定磁性層１３に拡散し、固定磁性層
１３と鏡面反射層１４の界面が乱れるという現象が生じ
る。
層１３と、ＣｏＦｅの酸化物であるＣｏＦｅＯ膜からな
る鏡面反射層１４が接合していると、前記磁場中熱処理
の工程によって、ＣｏＦｅＯ膜に含まれる酸素原子がＣ
ｏＦｅ膜からなる固定磁性層１３に拡散し、固定磁性層
１３と鏡面反射層１４の界面が乱れるという現象が生じ
る。
【００１６】固定磁性層１３と鏡面反射層１４の界面が
乱れると、この界面付近で電子がスピン状態を保存しな
い散乱をしたり、固定磁性層１３の強磁性特性が不安定
になるという問題が生じていた。
乱れると、この界面付近で電子がスピン状態を保存しな
い散乱をしたり、固定磁性層１３の強磁性特性が不安定
になるという問題が生じていた。
【００１７】本発明は、上記従来の課題を解決するため
のものであり、鏡面反射層の上面または下面の少なくと
も一方に接する拡散防止層を形成することにより、安定
した鏡面反射効果を発揮できる磁気検出素子及びその製
造方法を提供することを目的としている。
のものであり、鏡面反射層の上面または下面の少なくと
も一方に接する拡散防止層を形成することにより、安定
した鏡面反射効果を発揮できる磁気検出素子及びその製
造方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、反
強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化
が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜
を有する磁気検出素子において、前記固定磁性層中、前
記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁
性材料層に接する面と反対側の面に対向する領域中のう
ち、いずれか１箇所あるいは２箇所以上に絶縁酸化物か
らなる鏡面反射層が形成され、前記鏡面反射層の上面ま
たは下面の少なくとも一方に接して、強磁性材料からな
り、前記鏡面反射層に含まれる酸素の拡散を防止する拡
散防止層が形成されていることを特徴とするものであ
る。
強磁性層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化
方向が固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化
が外部磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜
を有する磁気検出素子において、前記固定磁性層中、前
記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁
性材料層に接する面と反対側の面に対向する領域中のう
ち、いずれか１箇所あるいは２箇所以上に絶縁酸化物か
らなる鏡面反射層が形成され、前記鏡面反射層の上面ま
たは下面の少なくとも一方に接して、強磁性材料からな
り、前記鏡面反射層に含まれる酸素の拡散を防止する拡
散防止層が形成されていることを特徴とするものであ
る。
【００１９】本発明では、前記拡散防止層を前記鏡面反
射層の上面または下面の少なくとも一方に接するように
積層する。従って、前記鏡面反射層に含まれる酸素原子
の拡散が前記拡散防止層によって抑えられ、前記鏡面反
射層の界面が乱れることを防止できる。
射層の上面または下面の少なくとも一方に接するように
積層する。従って、前記鏡面反射層に含まれる酸素原子
の拡散が前記拡散防止層によって抑えられ、前記鏡面反
射層の界面が乱れることを防止できる。
【００２０】すなわち、本発明では、前記鏡面反射層と
前記拡散防止層との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。また、前記固定磁性層や前記フリー磁性
層の強磁性特性の不安定化を抑えることができる。
前記拡散防止層との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。また、前記固定磁性層や前記フリー磁性
層の強磁性特性の不安定化を抑えることができる。
【００２１】なお、前記拡散防止層を形成する材料によ
って拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜を常温または
加熱雰囲気に曝して酸化させたとき前記拡散防止膜の表
面に形成される酸化層の厚さは、前記鏡面反射層を形成
する材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄
膜を形成し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させたとき
に前記薄膜の表面に形成される酸化層の厚さよりも小さ
くなるように前記拡散防止層を形成する材料を選択する
ことが好ましい。
って拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜を常温または
加熱雰囲気に曝して酸化させたとき前記拡散防止膜の表
面に形成される酸化層の厚さは、前記鏡面反射層を形成
する材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄
膜を形成し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させたとき
に前記薄膜の表面に形成される酸化層の厚さよりも小さ
くなるように前記拡散防止層を形成する材料を選択する
ことが好ましい。
【００２２】すなわち、前記拡散防止層を形成する材料
は、前記鏡面反射層を形成する材料から酸素を除いた組
成を有する材料よりも酸化しにくいものであることが好
ましい。
は、前記鏡面反射層を形成する材料から酸素を除いた組
成を有する材料よりも酸化しにくいものであることが好
ましい。
【００２３】前記反強磁性層は、前記固定磁性層に接し
て積層された後、磁場中熱処理にかけられることによっ
て前記固定磁性層との間に交換異方性磁界を生じさせる
反強磁性材料によって形成することができる。
て積層された後、磁場中熱処理にかけられることによっ
て前記固定磁性層との間に交換異方性磁界を生じさせる
反強磁性材料によって形成することができる。
【００２４】なお、前記拡散防止層を形成する材料によ
って拡散防止膜を形成し、また前記鏡面反射層を形成す
る材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄膜
を形成し、これらの拡散防止膜及び薄膜を常温または加
熱雰囲気に曝して酸化させたときに形成される酸化層の
厚さを測定するときの、前記加熱雰囲気の温度条件は、
例えば、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換
異方性磁界が発生する温度より高く、前記反強磁性層の
ブロッキング温度よりも低い温度に設定する。
って拡散防止膜を形成し、また前記鏡面反射層を形成す
る材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄膜
を形成し、これらの拡散防止膜及び薄膜を常温または加
熱雰囲気に曝して酸化させたときに形成される酸化層の
厚さを測定するときの、前記加熱雰囲気の温度条件は、
例えば、前記反強磁性層と前記固定磁性層との間に交換
異方性磁界が発生する温度より高く、前記反強磁性層の
ブロッキング温度よりも低い温度に設定する。
【００２５】また、前記加熱雰囲気の温度条件におい
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
活性化エネルギーは、前記鏡面反射層を形成する材料か
ら酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活
性化エネルギーよりも大きいと、前記拡散防止層を形成
する材料は、前記鏡面反射層を形成する材料から酸素を
除いた組成を有する材料よりも酸化しにくくなるので好
ましい。
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
活性化エネルギーは、前記鏡面反射層を形成する材料か
ら酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活
性化エネルギーよりも大きいと、前記拡散防止層を形成
する材料は、前記鏡面反射層を形成する材料から酸素を
除いた組成を有する材料よりも酸化しにくくなるので好
ましい。
【００２６】さらに、前記加熱雰囲気の温度条件におい
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
自由エネルギー変化量は、前記鏡面反射層を形成する材
料から酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応におけ
る自由エネルギー変化量より大きいと、前記拡散防止層
を形成する材料は、前記鏡面反射層を形成する材料から
酸素を除いた組成を有する材料よりも酸化しにくくなる
ので好ましい。
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
自由エネルギー変化量は、前記鏡面反射層を形成する材
料から酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応におけ
る自由エネルギー変化量より大きいと、前記拡散防止層
を形成する材料は、前記鏡面反射層を形成する材料から
酸素を除いた組成を有する材料よりも酸化しにくくなる
ので好ましい。
【００２７】また、前記拡散防止層よりも電子散乱のス
ピン依存性が大きい材料によって形成され、前記非磁性
材料層に接する強磁性散乱層が形成されていると、磁気
検出素子の磁気抵抗変化率が大きくなるので好ましい。
ピン依存性が大きい材料によって形成され、前記非磁性
材料層に接する強磁性散乱層が形成されていると、磁気
検出素子の磁気抵抗変化率が大きくなるので好ましい。
【００２８】前記拡散防止層は、例えばＮｉＦｅまたは
ＣｏＦｅＮｉによって形成され、前記強磁性散乱層は、
例えばＣｏまたはＣｏＦｅによって形成される。
ＣｏＦｅＮｉによって形成され、前記強磁性散乱層は、
例えばＣｏまたはＣｏＦｅによって形成される。
【００２９】また、前記鏡面反射層は、例えば、Ａｌ2
Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上
の元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）、α−
Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−
Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少
なくとも一種以上である）の組成式で示される材料から
選択されるいずれか１種または２種以上からなるもので
ある。
Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、
Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上
の元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）、α−
Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−
Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少
なくとも一種以上である）の組成式で示される材料から
選択されるいずれか１種または２種以上からなるもので
ある。
【００３０】また、本発明では、前記固定磁性層は、磁
気的膜厚の大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁
性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層を介して
隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフ
ェリ磁性状態であることが好ましい。
気的膜厚の大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁
性中間層を介して積層され、前記非磁性中間層を介して
隣接する前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフ
ェリ磁性状態であることが好ましい。
【００３１】または、前記フリー磁性層は、磁気的膜厚
の大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層
を介して積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する
前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性
状態であることが好ましい。
の大きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層
を介して積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する
前記強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性
状態であることが好ましい。
【００３２】さらに、前記非磁性中間層に接する前記強
磁性材料層と前記鏡面反射層との間に前記拡散防止層が
形成されることにより、前記固定磁性層や前記フリー磁
性層のフェリ磁性状態を安定化できる。
磁性材料層と前記鏡面反射層との間に前記拡散防止層が
形成されることにより、前記固定磁性層や前記フリー磁
性層のフェリ磁性状態を安定化できる。
【００３３】前記非磁性中間層に接する前記強磁性材料
層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金で形成され
ることが好ましい。
層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金で形成され
ることが好ましい。
【００３４】なお、前記非磁性中間層は、例えばＲｕ、
Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種
以上の合金で形成される。
Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種
以上の合金で形成される。
【００３５】また、本発明は、基板上に、反強磁性層、
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定
される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界
に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁
気検出素子において、前記固定磁性層は、前記反強磁性
層に接する第１固定磁性層と、前記第１固定磁性層に非
磁性中間層を介して積層される第２固定磁性層からなる
ものであり、前記第２の固定磁性層は、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ
−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上の元
素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）、α−Ｆ
ｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、
またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくと
も一種以上である）の組成式で示される材料から選択さ
れるいずれか１種または２種以上からなる鏡面反射層
と、前記非磁性材料層と前記鏡面反射層の間に積層され
たＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第１強
磁性層と、前記非磁性材料層と前記第１強磁性層との間
に積層されたＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金から
なる第２強磁性層と、前記鏡面反射層と前記非磁性中間
層との間に積層されたＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ
合金からなる第３強磁性層と、前記非磁性中間層と前記
第３強磁性層との間に積層されたＣｏＦｅ合金またはＣ
ｏＦｅＮｉ合金からなる第４強磁性層からなるものであ
り、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金からなり、
前記第１固定磁性層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮ
ｉ合金からなることを特徴とするものである。
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定
される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界
に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁
気検出素子において、前記固定磁性層は、前記反強磁性
層に接する第１固定磁性層と、前記第１固定磁性層に非
磁性中間層を介して積層される第２固定磁性層からなる
ものであり、前記第２の固定磁性層は、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ
−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上の元
素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）、α−Ｆ
ｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、
またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくと
も一種以上である）の組成式で示される材料から選択さ
れるいずれか１種または２種以上からなる鏡面反射層
と、前記非磁性材料層と前記鏡面反射層の間に積層され
たＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第１強
磁性層と、前記非磁性材料層と前記第１強磁性層との間
に積層されたＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金から
なる第２強磁性層と、前記鏡面反射層と前記非磁性中間
層との間に積層されたＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ
合金からなる第３強磁性層と、前記非磁性中間層と前記
第３強磁性層との間に積層されたＣｏＦｅ合金またはＣ
ｏＦｅＮｉ合金からなる第４強磁性層からなるものであ
り、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金からなり、
前記第１固定磁性層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮ
ｉ合金からなることを特徴とするものである。
【００３６】あるいは、本発明は、基板上に、反強磁性
層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が
固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部
磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有す
る磁気検出素子において、前記フリー磁性層は、前記非
磁性材料層に接する第２フリー磁性層と、前記第２フリ
ー磁性層に非磁性中間層を介して積層される第１フリー
磁性層からなるものであり、前記第２フリー磁性層は、
Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種
以上の元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）、
α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ
−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少
なくとも一種以上である）の組成式で示される材料から
選択されるいずれか１種または２種以上からなる鏡面反
射層と、前記非磁性材料層と前記鏡面反射層の間に積層
されたＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第
１強磁性層と、前記非磁性材料層と前記第１強磁性層と
の間に積層されたＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金
からなる第２強磁性層と、前記鏡面反射層と前記非磁性
中間層との間に積層されたＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ
Ｎｉ合金からなる第３強磁性層と、前記非磁性中間層と
前記第３強磁性層との間に積層されたＣｏＦｅ合金また
はＣｏＦｅＮｉ合金からなる第４強磁性層からなるもの
であり、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金から
なり、前記第１フリー磁性層は、ＣｏＦｅ合金またはＣ
ｏＦｅＮｉ合金からなることを特徴とするものである。
層、前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が
固定される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部
磁界に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有す
る磁気検出素子において、前記フリー磁性層は、前記非
磁性材料層に接する第２フリー磁性層と、前記第２フリ
ー磁性層に非磁性中間層を介して積層される第１フリー
磁性層からなるものであり、前記第２フリー磁性層は、
Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種
以上の元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）、
α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ
−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少
なくとも一種以上である）の組成式で示される材料から
選択されるいずれか１種または２種以上からなる鏡面反
射層と、前記非磁性材料層と前記鏡面反射層の間に積層
されたＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第
１強磁性層と、前記非磁性材料層と前記第１強磁性層と
の間に積層されたＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金
からなる第２強磁性層と、前記鏡面反射層と前記非磁性
中間層との間に積層されたＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅ
Ｎｉ合金からなる第３強磁性層と、前記非磁性中間層と
前記第３強磁性層との間に積層されたＣｏＦｅ合金また
はＣｏＦｅＮｉ合金からなる第４強磁性層からなるもの
であり、前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金から
なり、前記第１フリー磁性層は、ＣｏＦｅ合金またはＣ
ｏＦｅＮｉ合金からなることを特徴とするものである。
【００３７】本発明では、前記第２固定磁性層や前記第
２フリー磁性層に前記鏡面反射層が形成され、前記鏡面
反射層と前記第２強磁性層または前記第４強磁性層との
間に、前記第１強磁性層または前記第３強磁性層が積層
されることによって、前記鏡面反射層に含まれる酸素原
子の拡散を抑えることができる。
２フリー磁性層に前記鏡面反射層が形成され、前記鏡面
反射層と前記第２強磁性層または前記第４強磁性層との
間に、前記第１強磁性層または前記第３強磁性層が積層
されることによって、前記鏡面反射層に含まれる酸素原
子の拡散を抑えることができる。
【００３８】すなわち、本発明では、前記鏡面反射層の
界面が乱れることを防止でき、前記鏡面反射層と前記拡
散防止層との界面付近において電子にスピン状態を保存
する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させることが
できる。また、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の強
磁性特性の不安定化を抑えることができる。
界面が乱れることを防止でき、前記鏡面反射層と前記拡
散防止層との界面付近において電子にスピン状態を保存
する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させることが
できる。また、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の強
磁性特性の不安定化を抑えることができる。
【００３９】また、本発明は、基板上に、反強磁性層、
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定
される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界
に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁
気検出素子の製造方法において、前記固定磁性層中、前
記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁
性材料層に接する面と反対側の面に対向する領域中のう
ち、いずれか１箇所あるいは２箇所以上に絶縁酸化物か
らなる鏡面反射層を形成する工程と、前記鏡面反射層の
上面または下面の少なくとも一方に接して、強磁性材料
によって、前記鏡面反射層に含まれる酸素の拡散を防止
する拡散防止層を形成する工程を有することを特徴とす
るものである。
前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定
される固定磁性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界
に対し変動するフリー磁性層を有する多層膜を有する磁
気検出素子の製造方法において、前記固定磁性層中、前
記フリー磁性層中、または前記フリー磁性層の前記非磁
性材料層に接する面と反対側の面に対向する領域中のう
ち、いずれか１箇所あるいは２箇所以上に絶縁酸化物か
らなる鏡面反射層を形成する工程と、前記鏡面反射層の
上面または下面の少なくとも一方に接して、強磁性材料
によって、前記鏡面反射層に含まれる酸素の拡散を防止
する拡散防止層を形成する工程を有することを特徴とす
るものである。
【００４０】なお、前記拡散防止層を形成する材料によ
って拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜を常温または
加熱雰囲気に曝して酸化させたとき前記拡散防止膜の表
面に形成される酸化層の厚さが、前記鏡面反射層を形成
する材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄
膜を形成し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させたとき
に前記薄膜の表面に形成される酸化層の厚さよりも小さ
くなるように、前記拡散防止層及び前記鏡面反射層を形
成する材料を選択することが好ましい。
って拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜を常温または
加熱雰囲気に曝して酸化させたとき前記拡散防止膜の表
面に形成される酸化層の厚さが、前記鏡面反射層を形成
する材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄
膜を形成し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させたとき
に前記薄膜の表面に形成される酸化層の厚さよりも小さ
くなるように、前記拡散防止層及び前記鏡面反射層を形
成する材料を選択することが好ましい。
【００４１】また、本発明では、前記多層膜の形成後、
前記多層膜を磁場中熱処理にかけて、前記反強磁性層と
前記固定磁性層との間に交換異方性磁界を生じさせる工
程を有することができる。このとき、前記加熱雰囲気の
温度条件は、前記磁場中熱処理の温度より高く、前記反
強磁性層のブロッキング温度よりも低くなるように設定
することが好ましい。
前記多層膜を磁場中熱処理にかけて、前記反強磁性層と
前記固定磁性層との間に交換異方性磁界を生じさせる工
程を有することができる。このとき、前記加熱雰囲気の
温度条件は、前記磁場中熱処理の温度より高く、前記反
強磁性層のブロッキング温度よりも低くなるように設定
することが好ましい。
【００４２】また、前記加熱雰囲気の温度条件におい
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
活性化エネルギーが、前記鏡面反射層を形成する材料か
ら酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活
性化エネルギーよりも大きくなるようにすることが好ま
しい。
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
活性化エネルギーが、前記鏡面反射層を形成する材料か
ら酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活
性化エネルギーよりも大きくなるようにすることが好ま
しい。
【００４３】さらに、前記加熱雰囲気の温度条件におい
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
自由エネルギー変化量が、前記鏡面反射層を形成する材
料から酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応におけ
る自由エネルギー変化量より大きくなるようにすること
が好ましい。
て、前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における
自由エネルギー変化量が、前記鏡面反射層を形成する材
料から酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応におけ
る自由エネルギー変化量より大きくなるようにすること
が好ましい。
【００４４】また、前記拡散防止層よりも電子散乱のス
ピン依存性が大きい材料を用いて、前記非磁性材料層に
接するように強磁性散乱層を形成することが好ましい。
ピン依存性が大きい材料を用いて、前記非磁性材料層に
接するように強磁性散乱層を形成することが好ましい。
【００４５】本発明では、前記拡散防止層を例えばＮｉ
ＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成することができ、
また、前記強磁性散乱層をＣｏまたはＣｏＦｅによって
形成することができる。
ＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成することができ、
また、前記強磁性散乱層をＣｏまたはＣｏＦｅによって
形成することができる。
【００４６】また、本発明の磁気検出素子の製造方法で
は、前記鏡面反射層をＡｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、
Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉから選択される一種以上の元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから
選択される一種以上）、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｃｏ
Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上によって形成することができる。
は、前記鏡面反射層をＡｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、
Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉから選択される一種以上の元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから
選択される一種以上）、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｃｏ
Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上によって形成することができる。
【００４７】また、前記固定磁性層を、磁気的膜厚の大
きさが異なる複数の強磁性材料層が非磁性中間層を介し
て積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強磁
性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態とな
るように形成することが好ましい。
きさが異なる複数の強磁性材料層が非磁性中間層を介し
て積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強磁
性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態とな
るように形成することが好ましい。
【００４８】また、前記フリー磁性層は、磁気的膜厚の
大きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を
介して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記
強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態
となるように形成することが好ましい。
大きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を
介して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記
強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態
となるように形成することが好ましい。
【００４９】なお、前記非磁性中間層に接する前記強磁
性材料層と前記鏡面反射層との間に、前記拡散防止層を
形成することが好ましい。
性材料層と前記鏡面反射層との間に、前記拡散防止層を
形成することが好ましい。
【００５０】また、前記非磁性中間層に接する前記強磁
性材料層を、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金で形
成することが好ましい。
性材料層を、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金で形
成することが好ましい。
【００５１】前記非磁性中間層は、例えばＲｕ、Ｒｈ、
Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の
合金で形成することができる。
Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の
合金で形成することができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】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。
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。
【００５３】図１に示す磁気検出素子は、反強磁性層３
４、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。
４、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。
【００５４】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方向に揃えられており、固定磁性層３
５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。
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方向に揃えられており、固定磁性層３
５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。
【００５５】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３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ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、非磁性中間層３７ｂ、第１フリ
ー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型
のフリー磁性層３７、バックド層３８、保護層３９が積
層された多層膜Ｔ１が形成されている。なお、多層膜Ｔ
１の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
強磁性層３４、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ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、非磁性中間層３７ｂ、第１フリ
ー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型
のフリー磁性層３７、バックド層３８、保護層３９が積
層された多層膜Ｔ１が形成されている。なお、多層膜Ｔ
１の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【００５６】多層膜Ｔ１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。
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。
【００５７】多層膜Ｔ１中の反強磁性層３４は、図示Ｘ
方向に延長され、この延出部３４ａの上面と固定磁性層
３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２フリー
磁性層３７ａの側面に接して、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ50
Ｍｏ50などによってバイアス下地層４０が形成されてい
る。
方向に延長され、この延出部３４ａの上面と固定磁性層
３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２フリー
磁性層３７ａの側面に接して、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ50
Ｍｏ50などによってバイアス下地層４０が形成されてい
る。
【００５８】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−Ｃ
ｒ−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。
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−Ｃ
ｒ−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。
【００５９】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。
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。
【００６０】多層膜Ｔ１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（図示せず）が形成されている。上
部シールド層は、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。
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（図示せず）が形成されている。上
部シールド層は、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。
【００６１】図１のように反強磁性層３４の延出部３４
ａが図示Ｘ方向に延長されて形成され、この上層にバイ
アス下地層４０及びハードバイアス層４１が積層される
と、ハードバイアス層４１の膜厚の厚い部分が第２フリ
ー磁性層３７ａの側面に接し、第２フリー磁性層３７ａ
に充分な大きさのバイアス磁界をかけることができるの
で好ましい。
ａが図示Ｘ方向に延長されて形成され、この上層にバイ
アス下地層４０及びハードバイアス層４１が積層される
と、ハードバイアス層４１の膜厚の厚い部分が第２フリ
ー磁性層３７ａの側面に接し、第２フリー磁性層３７ａ
に充分な大きさのバイアス磁界をかけることができるの
で好ましい。
【００６２】下部シールド層３０、下部ギャップ層３
１、下地層３２、シード層３３、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、バ
ックド層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハー
ドバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、上部ギャ
ップ層４４、上部シールド層、及び保護層はスパッタ法
や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって形成される。
１、下地層３２、シード層３３、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、バ
ックド層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハー
ドバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、上部ギャ
ップ層４４、上部シールド層、及び保護層はスパッタ法
や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって形成される。
【００６３】下部シールド層３０及び上部シールド層は
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と上部シールド層は、メ
ッキ法によって形成されても良い。
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と上部シールド層は、メ
ッキ法によって形成されても良い。
【００６４】下部ギャップ層３１、上部ギャップ層４
４、及び上部シールド層を覆う保護層はＡｌ2Ｏ3やＳｉ
Ｏ2などの非磁性無機材料を用いて形成される。
４、及び上部シールド層を覆う保護層はＡｌ2Ｏ3やＳｉ
Ｏ2などの非磁性無機材料を用いて形成される。
【００６５】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か、ま
たは下地層の上に前記磁性材料層あるいは前記非磁性材
料層が形成された積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の結晶配向を、（１１１）面を
優先配向させることができ、磁気抵抗効果素子の抵抗変
化率を向上させることができる。
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か、ま
たは下地層の上に前記磁性材料層あるいは前記非磁性材
料層が形成された積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の結晶配向を、（１１１）面を
優先配向させることができ、磁気抵抗効果素子の抵抗変
化率を向上させることができる。
【００６６】またシードレイヤ層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からのセンス電流を
前記シードレイヤ層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、前記シードレイヤ層は、ＮｉＦ
ｅＹ合金（ただしＹは、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、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。
好ましく、これによって前記電極層からのセンス電流を
前記シードレイヤ層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、前記シードレイヤ層は、ＮｉＦ
ｅＹ合金（ただしＹは、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、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。
【００６７】下地層３３はＴａなどを用いて形成され
る。反強磁性層３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍ
ｎ（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、Ａ
ｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１または２種以上の元
素である）合金で形成する。
る。反強磁性層３４は、ＰｔＭｎ合金、または、Ｘ―Ｍ
ｎ（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、Ａ
ｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１または２種以上の元
素である）合金で形成する。
【００６８】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。
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。
【００６９】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８０〜３００Å、例えば２００Åで
ある。
の中心付近において８０〜３００Å、例えば２００Åで
ある。
【００７０】ここで、反強磁性層３４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。
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、ＮｉＦｅ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。
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、ＮｉＦｅ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】これらの合金を使用し、これを熱処理する
ことにより、第１固定磁性層３５ａ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。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、前記
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３４を得ることができる。
ことにより、第１固定磁性層３５ａ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。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、前記
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３４を得ることができる。
【００７３】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（強磁性材料層）３５ａ及び第２
固定磁性層３５ｃ、非磁性材料により形成される非磁性
中間層３５ｂからなる。本実施の形態では、第２固定磁
性層３５ｃは、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材料
層３５ｃ１（第４強磁性層）、拡散防止層Ｐ１（第３強
磁性層）、拡散防止層Ｐ２（第１強磁性層）、鏡面反射
層Ｓ１、及び強磁性散乱層３５ｃ２（第２強磁性層）か
ら構成されている。
される第１固定磁性層（強磁性材料層）３５ａ及び第２
固定磁性層３５ｃ、非磁性材料により形成される非磁性
中間層３５ｂからなる。本実施の形態では、第２固定磁
性層３５ｃは、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材料
層３５ｃ１（第４強磁性層）、拡散防止層Ｐ１（第３強
磁性層）、拡散防止層Ｐ２（第１強磁性層）、鏡面反射
層Ｓ１、及び強磁性散乱層３５ｃ２（第２強磁性層）か
ら構成されている。
【００７４】第１固定磁性層３５ａ、強磁性材料層３５
ｃ１は、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮ
ｉＦｅ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Ｃ
ｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金により形成されることが
好ましい。
ｃ１は、強磁性材料により形成されるもので、例えばＮ
ｉＦｅ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Ｃ
ｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金により形成されることが
好ましい。
【００７５】第１固定磁性層３５ａ、強磁性材料層３５
ｃ１がＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ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、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。
ｃ１がＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ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、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。
【００７６】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。
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。
【００７７】また特に、第１固定磁性層３５ａ、強磁性
材料層３５ｃ１をＣｏＮｉＦｅ合金、で形成すると、第
１固定磁性層３５ａ、強磁性材料層３５ｃ１をＣｏＦｅ
合金で形成したときよりも、スピンフロップ磁界の値を
大きくすることができる。また、第１固定磁性層３５ａ
及び強磁性材料層３５ｃ１は同一の材料で形成されるこ
とが好ましい。
材料層３５ｃ１をＣｏＮｉＦｅ合金、で形成すると、第
１固定磁性層３５ａ、強磁性材料層３５ｃ１をＣｏＦｅ
合金で形成したときよりも、スピンフロップ磁界の値を
大きくすることができる。また、第１固定磁性層３５ａ
及び強磁性材料層３５ｃ１は同一の材料で形成されるこ
とが好ましい。
【００７８】本実施の形態では、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２
はＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
はＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
【００７９】また、鏡面反射層Ｓ１は、ＣｏＯ、Ｃｏ−
Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）の組成式で
示される材料から選択されるいずれか１種または２種以
上からなる。
Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）の組成式で
示される材料から選択されるいずれか１種または２種以
上からなる。
【００８０】強磁性散乱層３５ｃ２は、Ｃｏ、ＣｏＦ
ｅ、またはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
ｅ、またはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
【００８１】第１固定磁性層３５ａの膜厚は１．０〜
２．０ｎｍ、強磁性材料層３５ｃ１の膜厚は０．５〜
１．５ｎｍ、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２の膜厚は０．３〜
１．０ｎｍ、鏡面反射層Ｓ１の膜厚は０．５〜２．０ｎ
ｍ、及び強磁性散乱層３５ｃ２の膜厚は０．３〜１．０
ｎｍとした。
２．０ｎｍ、強磁性材料層３５ｃ１の膜厚は０．５〜
１．５ｎｍ、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２の膜厚は０．３〜
１．０ｎｍ、鏡面反射層Ｓ１の膜厚は０．５〜２．０ｎ
ｍ、及び強磁性散乱層３５ｃ２の膜厚は０．３〜１．０
ｎｍとした。
【００８２】具体的には、例えば第１固定磁性層３５ａ
の膜厚を１．５ｎｍ、強磁性材料層３５ｃ１の膜厚を
１．０ｎｍ、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２の膜厚を０．５ｎ
ｍ、鏡面反射層Ｓ１の膜厚を１．０ｎｍ、及び強磁性散
乱層３５ｃ２の膜厚を０．５ｎｍとする。
の膜厚を１．５ｎｍ、強磁性材料層３５ｃ１の膜厚を
１．０ｎｍ、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２の膜厚を０．５ｎ
ｍ、鏡面反射層Ｓ１の膜厚を１．０ｎｍ、及び強磁性散
乱層３５ｃ２の膜厚を０．５ｎｍとする。
【００８３】拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料であ
るＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって拡散防止膜を形
成し、この拡散防止膜を常温または加熱雰囲気に曝して
酸化させたとき前記拡散防止膜の表面に形成される酸化
層の厚さを測定する。
るＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって拡散防止膜を形
成し、この拡散防止膜を常温または加熱雰囲気に曝して
酸化させたとき前記拡散防止膜の表面に形成される酸化
層の厚さを測定する。
【００８４】また、鏡面反射層Ｓ１を形成する材料から
酸素を除いた組成を有する材料、すなわち、Ｃｏ、Ｃｏ
−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ（ただし元素Ｍは、Ｍ
ｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎの
うち少なくとも一種以上である）によって薄膜を形成
し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させて前記薄膜の表
面に形成される酸化層の厚さを測定する。
酸素を除いた組成を有する材料、すなわち、Ｃｏ、Ｃｏ
−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ（ただし元素Ｍは、Ｍ
ｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎの
うち少なくとも一種以上である）によって薄膜を形成
し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させて前記薄膜の表
面に形成される酸化層の厚さを測定する。
【００８５】その結果、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉか
らなる拡散防止膜の表面に形成される酸化層の厚さは、
Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ（ただし元素
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）からなる薄
膜の表面に形成される酸化層の厚さより小さくなる。
らなる拡散防止膜の表面に形成される酸化層の厚さは、
Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ（ただし元素
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）からなる薄
膜の表面に形成される酸化層の厚さより小さくなる。
【００８６】上述した酸化層を形成させる加熱雰囲気の
温度条件は、反強磁性層３４と固定磁性層３５との間に
交換異方性磁界が発生する温度より高く、反強磁性層３
４のブロッキング温度よりも低いものであり、反強磁性
層３４がＰｔＭｎからなるときには、２４０℃以上３８
０℃以下である。
温度条件は、反強磁性層３４と固定磁性層３５との間に
交換異方性磁界が発生する温度より高く、反強磁性層３
４のブロッキング温度よりも低いものであり、反強磁性
層３４がＰｔＭｎからなるときには、２４０℃以上３８
０℃以下である。
【００８７】この加熱雰囲気の温度条件において、拡散
防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料の酸化反応における活
性化エネルギーは、鏡面反射層Ｓ１を形成する材料から
酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活性
化エネルギーよりも大きい。
防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料の酸化反応における活
性化エネルギーは、鏡面反射層Ｓ１を形成する材料から
酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活性
化エネルギーよりも大きい。
【００８８】さらに、前記加熱雰囲気の温度条件におい
て、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料の酸化反応に
おける自由エネルギー変化量は、鏡面反射層Ｓ１を形成
する材料から酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応
における自由エネルギー変化量より大きい。
て、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料の酸化反応に
おける自由エネルギー変化量は、鏡面反射層Ｓ１を形成
する材料から酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応
における自由エネルギー変化量より大きい。
【００８９】すなわち、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成す
る材料（ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉ）は、鏡面反射層
Ｓ１を形成する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−
Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少
なくとも一種以上である）の組成式で示される材料から
選択されるいずれか１種または２種以上）から酸素を除
いた組成を有する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、また
はＦｅ−Ｍ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）よりも酸化しにくいもので
ある。
る材料（ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉ）は、鏡面反射層
Ｓ１を形成する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−
Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少
なくとも一種以上である）の組成式で示される材料から
選択されるいずれか１種または２種以上）から酸素を除
いた組成を有する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、また
はＦｅ−Ｍ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）よりも酸化しにくいもので
ある。
【００９０】非磁性材料層３６に接する強磁性散乱層３
５ｃ２を形成する材料であるＣｏ、ＣｏＦｅは、拡散防
止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料であるＮｉＦｅ、ＣｏＦ
ｅＮｉよりも電子散乱のスピン依存性が大きい材料であ
る。
５ｃ２を形成する材料であるＣｏ、ＣｏＦｅは、拡散防
止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材料であるＮｉＦｅ、ＣｏＦ
ｅＮｉよりも電子散乱のスピン依存性が大きい材料であ
る。
【００９１】磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ
２、鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３５ｃ２は、強
磁性結合によって磁気的に結合しており磁化方向が同一
方向を向いている。
２、鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３５ｃ２は、強
磁性結合によって磁気的に結合しており磁化方向が同一
方向を向いている。
【００９２】また、非磁性中間層３５ｂは、非磁性材料
により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、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。
により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、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。
【００９３】また、図１では、磁気的膜厚が異なる第１
固定磁性層（強磁性材料層）３５ａと第２固定磁性層３
５ｃが、非磁性中間層３５ｂを介して積層されたもの
が、一つの固定磁性層３５として機能する。第１固定磁
性層３５ａの磁気的膜厚は、第１固定磁性層（強磁性材
料層）３５ａの飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の値である。
固定磁性層（強磁性材料層）３５ａと第２固定磁性層３
５ｃが、非磁性中間層３５ｂを介して積層されたもの
が、一つの固定磁性層３５として機能する。第１固定磁
性層３５ａの磁気的膜厚は、第１固定磁性層（強磁性材
料層）３５ａの飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の値である。
【００９４】また、第２固定磁性層３５ｃの磁気的膜厚
は、強磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２、鏡
面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３５ｃ２、それぞれの
層の飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の和である。
は、強磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２、鏡
面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３５ｃ２、それぞれの
層の飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の和である。
【００９５】第１固定磁性層３５ａは反強磁性層３４と
接して形成され、磁場中アニールが施されることによ
り、第１固定磁性層３５ａ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３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１固
定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される
と、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２固定磁性
層３５ｃの磁化方向が、前記第１固定磁性層３５ａの磁
化方向と反平行の状態で固定される。
接して形成され、磁場中アニールが施されることによ
り、第１固定磁性層３５ａ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３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。第１固
定磁性層３５ａの磁化方向が図示Ｙ方向に固定される
と、非磁性中間層３５ｂを介して対向する第２固定磁性
層３５ｃの磁化方向が、前記第１固定磁性層３５ａの磁
化方向と反平行の状態で固定される。
【００９６】このように、第１固定磁性層３５ａと第２
固定磁性層３５ｃ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３５ａと第２固
定磁性層３５ｃ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。
固定磁性層３５ｃ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３５ａと第２固
定磁性層３５ｃ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。
【００９７】なお、第１固定磁性層３５ａの磁気モーメ
ントと第２固定磁性層３５ｃの磁気モーメントを足し合
わせた合成磁気モーメントの方向が固定磁性層３５の磁
化方向となる。なお、磁気モーメントの大きさは飽和磁
化Ｍｓと膜厚の積であり、磁気モーメントの方向は磁化
方向である。
ントと第２固定磁性層３５ｃの磁気モーメントを足し合
わせた合成磁気モーメントの方向が固定磁性層３５の磁
化方向となる。なお、磁気モーメントの大きさは飽和磁
化Ｍｓと膜厚の積であり、磁気モーメントの方向は磁化
方向である。
【００９８】本実施の形態では、第２固定磁性層３５ｃ
の磁気的膜厚を第１固定磁性層３５ａの磁気的膜厚より
厚くしている。
の磁気的膜厚を第１固定磁性層３５ａの磁気的膜厚より
厚くしている。
【００９９】また、第１固定磁性層３５ａ及び第２固定
磁性層３５ｃの固定磁化による反磁界（双極子磁界）
を、第１固定磁性層３５ａ及び第２固定磁性層３５ｃの
静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャン
セルできる。これにより、固定磁性層３５の固定磁化に
よる反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層３７の
変動磁化への寄与を減少させることができる。
磁性層３５ｃの固定磁化による反磁界（双極子磁界）
を、第１固定磁性層３５ａ及び第２固定磁性層３５ｃの
静磁界結合同士が相互に打ち消し合うことによりキャン
セルできる。これにより、固定磁性層３５の固定磁化に
よる反磁界（双極子磁界）からの、フリー磁性層３７の
変動磁化への寄与を減少させることができる。
【０１００】従って、フリー磁性層３７の変動磁化の方
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子を得ることが可能になる。
向を所望の方向に補正することがより容易になり、アシ
ンメトリーの小さい対称性の優れたスピンバルブ型薄膜
磁気素子を得ることが可能になる。
【０１０１】ここで、アシンメトリーとは、再生出力波
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
形の非対称性の度合いを示すものであり、再生出力波形
が与えられた場合、波形が対称であればアシンメトリー
が小さくなる。従って、アシンメトリーが０に近づく程
再生出力波形が対称性に優れていることになる。
【０１０２】前記アシンメトリーは、フリー磁性層３７
の磁化の方向と固定磁性層３５の固定磁化の方向とが直
交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくず
れるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなく
なり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメト
リーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上す
ることになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れた
ものとなる。
の磁化の方向と固定磁性層３５の固定磁化の方向とが直
交しているときに０となる。アシンメトリーが大きくず
れるとメディアからの情報の読み取りが正確にできなく
なり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメト
リーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上す
ることになり、スピンバルブ薄膜磁気素子として優れた
ものとなる。
【０１０３】また、固定磁性層の固定磁化による反磁界
（双極子磁界）は、素子高さ方向において、その端部で
大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリ
ー磁性層３７内における単磁区化が妨げられる場合があ
るが、固定磁性層３５を上記の積層構造とすることによ
り双極子磁界をほぼ０とすることができ、これによって
フリー磁性層３７内に磁壁ができて磁化の不均一が発生
しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止する
ことができる。
（双極子磁界）は、素子高さ方向において、その端部で
大きく中央部で小さいという不均一な分布を持ち、フリ
ー磁性層３７内における単磁区化が妨げられる場合があ
るが、固定磁性層３５を上記の積層構造とすることによ
り双極子磁界をほぼ０とすることができ、これによって
フリー磁性層３７内に磁壁ができて磁化の不均一が発生
しバルクハウゼンノイズなどが発生することを防止する
ことができる。
【０１０４】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。
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。
【０１０５】第２フリー磁性層３７ａの磁性層３７ａ２
及び第１フリー磁性層３７ｃは、強磁性材料により形成
されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮ
ｉ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ＣｏＦｅＮｉ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。
及び第１フリー磁性層３７ｃは、強磁性材料により形成
されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＦｅＮ
ｉ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ＣｏＦｅＮｉ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。
【０１０６】これにより、フリー磁性層３７がフェリ磁
性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が安
定してフェリ磁性状態を保つことができる。
性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が安
定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０１０７】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。
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。
【０１０８】非磁性中間層３７ｂは、非磁性材料により
形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃ
ｕ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。
形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃ
ｕ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。
【０１０９】なお、図１では、第２フリー磁性層３７ａ
が拡散防止層３７ａ１と磁性層３７ａ２とから形成され
ている。拡散防止層３７ａ１は強磁性材料からなるもの
で例えばＣｏによって形成されるものであり、磁性層３
７ａ２と非磁性材料層３６の相互拡散を防止する。な
お、拡散防止層３７ａ１が形成されず第２フリー磁性層
３７ａが磁性層３７ａ２のみで構成されてもよい。
が拡散防止層３７ａ１と磁性層３７ａ２とから形成され
ている。拡散防止層３７ａ１は強磁性材料からなるもの
で例えばＣｏによって形成されるものであり、磁性層３
７ａ２と非磁性材料層３６の相互拡散を防止する。な
お、拡散防止層３７ａ１が形成されず第２フリー磁性層
３７ａが磁性層３７ａ２のみで構成されてもよい。
【０１１０】保護層３９はＴａからなるＴａ層３９ａと
酸化タンタルからなるＴａＯ層３９ｂからなるなお、電
極層４３とハードバイアス層４１との間に、Ｔａまたは
Ｃｒからなる中間層４２が設けられると、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。
酸化タンタルからなるＴａＯ層３９ｂからなるなお、電
極層４３とハードバイアス層４１との間に、Ｔａまたは
Ｃｒからなる中間層４２が設けられると、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。
【０１１１】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
すくなる。
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
すくなる。
【０１１２】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。
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。
【０１１３】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、Ｗ50Ｍ
ｏ50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。
（体心立方格子）構造であるＣｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ50Ｍ
ｏ50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。
【０１１４】フリー磁性層３７は、磁気的膜厚の大きさ
が異なる第２フリー磁性層（強磁性材料層）３７ａと第
１フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃが、非磁性中間
層３７ｂを介して積層され、第２フリー磁性層３７ａと
第１フリー磁性層３７ｃの磁化方向が反平行となるフェ
リ磁性状態である。第１フリー磁性層３７ｃの磁気的膜
厚は、その飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の値である。
が異なる第２フリー磁性層（強磁性材料層）３７ａと第
１フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃが、非磁性中間
層３７ｂを介して積層され、第２フリー磁性層３７ａと
第１フリー磁性層３７ｃの磁化方向が反平行となるフェ
リ磁性状態である。第１フリー磁性層３７ｃの磁気的膜
厚は、その飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の値である。
【０１１５】なお、第２フリー磁性層３７ａの磁気的膜
厚は、拡散防止層３７ａ１の磁気的膜厚（飽和磁化Ｍｓ
×膜厚）と磁性層３７ａ２の磁気的膜厚（飽和磁化Ｍｓ
×膜厚）の和である。
厚は、拡散防止層３７ａ１の磁気的膜厚（飽和磁化Ｍｓ
×膜厚）と磁性層３７ａ２の磁気的膜厚（飽和磁化Ｍｓ
×膜厚）の和である。
【０１１６】図１に示される磁気検出素子では、第２フ
リー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第１フリー磁性層３７
ｃの磁気的膜厚より大きくしている。
リー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第１フリー磁性層３７
ｃの磁気的膜厚より大きくしている。
【０１１７】第２フリー磁性層３７ａの磁気的膜厚を第
１フリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚より大きくすること
で、フリー磁性層３７のスピンフロップ磁界を大きくす
ることができ、これにより、フリー磁性層３７がフェリ
磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が
安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
１フリー磁性層３７ｃの磁気的膜厚より大きくすること
で、フリー磁性層３７のスピンフロップ磁界を大きくす
ることができ、これにより、フリー磁性層３７がフェリ
磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が
安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０１１８】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。
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。
【０１１９】このとき、磁気モーメントが大きい方、例
えば、第２フリー磁性層３７ａの磁化方向が、ハードバ
イアス層４１から発生する磁界の方向に向き、第１フリ
ー磁性層３７ｃの磁化方向が、１８０度反対方向に向い
た反平行のフェリ状態になる。
えば、第２フリー磁性層３７ａの磁化方向が、ハードバ
イアス層４１から発生する磁界の方向に向き、第１フリ
ー磁性層３７ｃの磁化方向が、１８０度反対方向に向い
た反平行のフェリ状態になる。
【０１２０】第２フリー磁性層３７ａの磁気モーメント
と第２フリー磁性層３７ｂの磁気モーメントを足し合わ
せた合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層３７の磁
化方向となる。なお、磁気モーメントの大きさは飽和磁
化Ｍｓと膜厚の積であり、磁気モーメントの方向は磁化
方向である。
と第２フリー磁性層３７ｂの磁気モーメントを足し合わ
せた合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層３７の磁
化方向となる。なお、磁気モーメントの大きさは飽和磁
化Ｍｓと膜厚の積であり、磁気モーメントの方向は磁化
方向である。
【０１２１】第２フリー磁性層３７ａと第１フリー磁性
層３７ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層３７の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリ
ー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素
子の磁界検出感度が向上する。
層３７ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層３７の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリ
ー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素
子の磁界検出感度が向上する。
【０１２２】ハードバイアス層４１の多層膜Ｔ１と対向
する側の側面４１ａは、反強磁性層３４の側面、固定磁
性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２フ
リー磁性層３７ａの側面とのみ対向しており、第１フリ
ー磁性層３７ｂの側面とは対向していない。ハードバイ
アス層４１からのＸ方向へのバイアス磁界により、第２
フリー磁性層３７ａの磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
する側の側面４１ａは、反強磁性層３４の側面、固定磁
性層３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２フ
リー磁性層３７ａの側面とのみ対向しており、第１フリ
ー磁性層３７ｂの側面とは対向していない。ハードバイ
アス層４１からのＸ方向へのバイアス磁界により、第２
フリー磁性層３７ａの磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１２３】ハードバイアス層４１は、フリー磁性層３
７を構成する第２フリー磁性層３７ａと第１フリー磁性
層３７ｃのうち、一方の磁化方向を揃えるだけでよい。
図１では、第２フリー磁性層３７ａの磁化方向のみをそ
ろえている。第２フリー磁性層３７ａの磁化方向が一定
方向に揃えられると、第１フリー磁性層３７ｃは磁化方
向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層
３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
７を構成する第２フリー磁性層３７ａと第１フリー磁性
層３７ｃのうち、一方の磁化方向を揃えるだけでよい。
図１では、第２フリー磁性層３７ａの磁化方向のみをそ
ろえている。第２フリー磁性層３７ａの磁化方向が一定
方向に揃えられると、第１フリー磁性層３７ｃは磁化方
向が反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層
３７全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０１２４】本実施の形態では、ハードバイアス層４１
は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７
ａに与える。従って、ハードバイアス層４１から発生す
る図示Ｘ方向の静磁界によって、第１フリー磁性層３７
ｃの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを
抑えることができる。
は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７
ａに与える。従って、ハードバイアス層４１から発生す
る図示Ｘ方向の静磁界によって、第１フリー磁性層３７
ｃの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを
抑えることができる。
【０１２５】ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接
寄与するのは第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フ
リー磁性層３７ａの磁化方向の相対角であり、これらの
相対角が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が
印加されていない状態で直交していることが好ましい。
寄与するのは第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フ
リー磁性層３７ａの磁化方向の相対角であり、これらの
相対角が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が
印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０１２６】本実施の形態では、第２固定磁性層３５ｃ
中に鏡面反射層Ｓ１が形成されている。
中に鏡面反射層Ｓ１が形成されている。
【０１２７】ここで、スピンバルブ型磁気検出素子が磁
気を検出する原理を説明する。スピンバルブ型磁気検出
素子にセンス電流を印加すると、伝導電子はおもに電気
抵抗の小さい非磁性材料層付近を移動する。この伝導電
子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の電子が確
率的に等量存在する。
気を検出する原理を説明する。スピンバルブ型磁気検出
素子にセンス電流を印加すると、伝導電子はおもに電気
抵抗の小さい非磁性材料層付近を移動する。この伝導電
子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の電子が確
率的に等量存在する。
【０１２８】スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変
化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程の行
程差に対して正の相関を示す。
化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程の行
程差に対して正の相関を示す。
【０１２９】ダウンスピンの伝導電子については、印加
される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフ
リー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移
動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はア
ップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いまま
である。
される外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層とフ
リー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移
動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はア
ップスピンの伝導電子の平均自由行程に比べて短いまま
である。
【０１３０】一方、アップスピンの伝導電子について
は、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁
性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料
層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自
由行程が長くなっている。
は、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁
性層の磁化方向と平行状態になったときに、非磁性材料
層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自
由行程が長くなっている。
【０１３１】これは、アップスピンを持つ電子の平均自
由行程が、例えば、５．０ｎｍ程度であるのに対して、
ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程が０．６ｎｍ程
度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
由行程が、例えば、５．０ｎｍ程度であるのに対して、
ダウンスピンを持つ電子の平均自由行程が０．６ｎｍ程
度であり、１０分の１程度と極端に小さいためである。
【０１３２】フリー磁性層の膜厚は、０．６ｎｍ程度で
あるダウンスピンを持つ電子の平均自由行程よりも大き
く、５．０ｎｍ程度であるアップスピンを持つ電子の平
均自由行程よりも小さく設定されている。
あるダウンスピンを持つ電子の平均自由行程よりも大き
く、５．０ｎｍ程度であるアップスピンを持つ電子の平
均自由行程よりも小さく設定されている。
【０１３３】従って、電子がフリー磁性層を通り抜けよ
うとするときに、この電子がフリー磁性層の磁化方向に
平行なアップスピンを持てば自由に移動できるが、反対
にダウンスピンを持ったときには直ちに散乱されてしま
う（フィルタアウトされる）。
うとするときに、この電子がフリー磁性層の磁化方向に
平行なアップスピンを持てば自由に移動できるが、反対
にダウンスピンを持ったときには直ちに散乱されてしま
う（フィルタアウトされる）。
【０１３４】同様に、フリー磁性層で発生した電子が非
磁性材料層を通過し、固定磁性層を通り抜けようとする
ときに、この電子が固定磁性層の磁化方向に平行なアッ
プスピンを持てば自由に移動できるが、反対にダウンス
ピンを持ったときには直ちに散乱されてしまう（フィル
タアウトされる）。
磁性材料層を通過し、固定磁性層を通り抜けようとする
ときに、この電子が固定磁性層の磁化方向に平行なアッ
プスピンを持てば自由に移動できるが、反対にダウンス
ピンを持ったときには直ちに散乱されてしまう（フィル
タアウトされる）。
【０１３５】固定磁性層またはフリー磁性層で発生し、
非磁性材料層を通過するダウンスピン電子は、フリー磁
性層と非磁性材料層との界面または固定磁性層と非磁性
材料層との界面付近で散乱される。つまり、このダウン
スピン電子は、フリー磁性層の磁化方向が回転しても平
均自由行程に変化はなく、ＧＭＲ効果による抵抗変化率
に影響しない。従ってＧＭＲ効果にはアップスピン電子
の挙動のみを考えればよい。
非磁性材料層を通過するダウンスピン電子は、フリー磁
性層と非磁性材料層との界面または固定磁性層と非磁性
材料層との界面付近で散乱される。つまり、このダウン
スピン電子は、フリー磁性層の磁化方向が回転しても平
均自由行程に変化はなく、ＧＭＲ効果による抵抗変化率
に影響しない。従ってＧＭＲ効果にはアップスピン電子
の挙動のみを考えればよい。
【０１３６】ここで、外部磁界によってフリー磁性層の
磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行状態から
変化すると、非磁性材料層とフリー磁性層との界面また
は固定磁性層と非磁性材料層との界面で散乱される確率
が増加し、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短
くなる。
磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して平行状態から
変化すると、非磁性材料層とフリー磁性層との界面また
は固定磁性層と非磁性材料層との界面で散乱される確率
が増加し、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短
くなる。
【０１３７】このように外部磁界の作用によって、アッ
プスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝
導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が
大きく変化する。すると、伝導電子全体の平均自由行程
も大きく変化し、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなる。
プスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝
導電子の平均自由行程に比べて大きく変化し、行程差が
大きく変化する。すると、伝導電子全体の平均自由行程
も大きく変化し、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が大きくなる。
【０１３８】図１に示される本実施の形態の磁気検出素
子では、第２固定磁性層３５ｃが非磁性材料層３６に接
する側から、強磁性散乱層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ２、
鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ１、強磁性材料層３５ｃ
２が順に積層されたものとされている。ここで、拡散防
止層Ｐ２と鏡面反射層Ｓ１との界面では、これらの層の
比抵抗に大きな差があるためにポテンシャル障壁が形成
される。
子では、第２固定磁性層３５ｃが非磁性材料層３６に接
する側から、強磁性散乱層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ２、
鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ１、強磁性材料層３５ｃ
２が順に積層されたものとされている。ここで、拡散防
止層Ｐ２と鏡面反射層Ｓ１との界面では、これらの層の
比抵抗に大きな差があるためにポテンシャル障壁が形成
される。
【０１３９】このポテンシャル障壁は、センス電流を流
した際に伝導電子を、そのスピンの方向を保存させたま
ま鏡面反射させる。
した際に伝導電子を、そのスピンの方向を保存させたま
ま鏡面反射させる。
【０１４０】鏡面反射効果について説明する。図１に示
された実施の形態の磁気検出素子は、第２固定磁性層３
５ｃ内に鏡面反射層Ｓ１を有するので、第２固定磁性層
３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁化方向
が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自
由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印
加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量が大
きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変
化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
された実施の形態の磁気検出素子は、第２固定磁性層３
５ｃ内に鏡面反射層Ｓ１を有するので、第２固定磁性層
３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁化方向
が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均自
由行程を伸ばすことができる。このため、外部磁界の印
加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量が大
きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変
化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０１４１】図２に、鏡面反射層Ｓ１による鏡面反射効
果を説明するための模式図を示す。図２には、反強磁性
層３４、固定磁性層３５（第１固定磁性層３５ａ、非磁
性中間層３５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ（強磁性材料層
３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止
層Ｐ２、強磁性散乱層３５ｃ２）、非磁性材料層３６、
フリー磁性層３７（第２フリー磁性層３７ａ（拡散防止
層３７ａ１、磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、
第１フリー磁性層３７ｃ）、を順次積層した積層体Ｇ１
を示す。
果を説明するための模式図を示す。図２には、反強磁性
層３４、固定磁性層３５（第１固定磁性層３５ａ、非磁
性中間層３５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ（強磁性材料層
３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止
層Ｐ２、強磁性散乱層３５ｃ２）、非磁性材料層３６、
フリー磁性層３７（第２フリー磁性層３７ａ（拡散防止
層３７ａ１、磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、
第１フリー磁性層３７ｃ）、を順次積層した積層体Ｇ１
を示す。
【０１４２】図２では、フリー磁性層３７側から固定磁
性層３５に向って移動する電子の磁気抵抗効果に対する
寄与を考える。ここで、アップスピンの伝導電子を符号
ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示してい
る。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導
電子ｅ２は確率的に等量存在している。
性層３５に向って移動する電子の磁気抵抗効果に対する
寄与を考える。ここで、アップスピンの伝導電子を符号
ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示してい
る。アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導
電子ｅ２は確率的に等量存在している。
【０１４３】ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加され
る外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第
２固定磁性層３５ｃとの界面で常に散乱され、固定磁性
層３５に移動する確率は低いまま維持され、その平均自
由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に
比べて短いままである。
る外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第
２固定磁性層３５ｃとの界面で常に散乱され、固定磁性
層３５に移動する確率は低いまま維持され、その平均自
由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程に
比べて短いままである。
【０１４４】一方、アップスピン電子ｅ１は、第２固定
磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁
化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６から第
２固定磁性層３５ｃ内にまで到達する。そして、第２固
定磁性層３５ｃ内部を移動して拡散防止層Ｐ２と鏡面反
射層Ｓ１との界面付近に到達する。
磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁
化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６から第
２固定磁性層３５ｃ内にまで到達する。そして、第２固
定磁性層３５ｃ内部を移動して拡散防止層Ｐ２と鏡面反
射層Ｓ１との界面付近に到達する。
【０１４５】拡散防止層Ｐ２と鏡面反射層Ｓ１との界面
付近には、ポテンシャル障壁が形成されるため、アップ
スピン電子ｅ１が拡散防止層Ｐ２と鏡面反射層Ｓ１との
界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。鏡面反射よっ
て、アップスピンｅ１の伝導電子のスピン状態が維持さ
れるので、再び第２固定磁性層３５ｃ中を移動すること
になる。
付近には、ポテンシャル障壁が形成されるため、アップ
スピン電子ｅ１が拡散防止層Ｐ２と鏡面反射層Ｓ１との
界面付近で鏡面反射（鏡面散乱）する。鏡面反射よっ
て、アップスピンｅ１の伝導電子のスピン状態が維持さ
れるので、再び第２固定磁性層３５ｃ中を移動すること
になる。
【０１４６】これは、アップスピン電子ｅ１が鏡面反射
した分、反射平均自由行程λ+ｓだけ平均自由行程が延
びたことを意味する。
した分、反射平均自由行程λ+ｓだけ平均自由行程が延
びたことを意味する。
【０１４７】鏡面反射層Ｓ１を有する本実施の形態で
は、第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性
層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピン
の伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。
は、第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性
層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピン
の伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。
【０１４８】このため、外部磁界の印加によるアップス
ピン電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、
スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）をより向上させることができる。
ピン電子ｅ１の平均自由行程の変化量が大きくなって、
スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）をより向上させることができる。
【０１４９】図１に示された磁気検出素子には、フリー
磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側、即
ち第１フリー磁性層３７ｃの上面に接してバックド層３
８が形成されている。バックド層３８は第１フリー磁性
層３７ｃよりも導電性が高いことが好ましく、具体的に
はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｕなどの非磁性導電性材
料を用いて形成される。特にＣｕからなることが好まし
い。
磁性層３７の非磁性材料層３６に接する面の反対側、即
ち第１フリー磁性層３７ｃの上面に接してバックド層３
８が形成されている。バックド層３８は第１フリー磁性
層３７ｃよりも導電性が高いことが好ましく、具体的に
はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｒｕなどの非磁性導電性材
料を用いて形成される。特にＣｕからなることが好まし
い。
【０１５０】バックド層３８の厚さは０．３ｎｍ〜２．
５ｎｍの範囲であることが好ましい。バックド層３８の
厚さが０．３ｎｍより小さいと、アップスピン電子の平
均自由行程を延ばす効果が小さくなるため、後述するス
ピンフィルター効果において磁気抵抗変化率を向上させ
る効果が低くなる。
５ｎｍの範囲であることが好ましい。バックド層３８の
厚さが０．３ｎｍより小さいと、アップスピン電子の平
均自由行程を延ばす効果が小さくなるため、後述するス
ピンフィルター効果において磁気抵抗変化率を向上させ
る効果が低くなる。
【０１５１】また、バックド層３８の厚さが２．５ｎｍ
を越えると、センス電流が非磁性材料層３６に加えてバ
ックド層３８にも流れやすくなり、センス電流の分流が
起きるので好ましくない。
を越えると、センス電流が非磁性材料層３６に加えてバ
ックド層３８にも流れやすくなり、センス電流の分流が
起きるので好ましくない。
【０１５２】バックド層３８が第１フリー磁性層３７ｃ
に接して積層されることにより、本成施の形態の磁気検
出素子は、いわゆるスピンフィルター効果を示し、磁気
抵抗変化率が大きくなる。
に接して積層されることにより、本成施の形態の磁気検
出素子は、いわゆるスピンフィルター効果を示し、磁気
抵抗変化率が大きくなる。
【０１５３】スピンフィルター効果を図３に示した模式
図を参照して説明する。図３には、反強磁性層３４、固
定磁性層３５（第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フ
リー磁性層３７（第２フリー磁性層３７ａ（拡散防止層
３７ａ１、磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第
１フリー磁性層３７ｃ）、バックド層３８、保護層３９
を順次積層した積層体Ｇ２を示す。
図を参照して説明する。図３には、反強磁性層３４、固
定磁性層３５（第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ）、非磁性材料層３６、フ
リー磁性層３７（第２フリー磁性層３７ａ（拡散防止層
３７ａ１、磁性層３７ａ２）、非磁性中間層３７ｂ、第
１フリー磁性層３７ｃ）、バックド層３８、保護層３９
を順次積層した積層体Ｇ２を示す。
【０１５４】また、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１
で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。
アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子
ｅ２は確率的に等量存在している。
で示し、ダウンスピンの伝導電子をｅ２で示している。
アップスピンの伝導電子ｅ１とダウンスピンの伝導電子
ｅ２は確率的に等量存在している。
【０１５５】ダウンスピンの伝導電子ｅ２は、印加され
る外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第
２フリー磁性層３７ａとの界面で常に散乱され、フリー
磁性層３７に移動する確率は低いまま維持され、その平
均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行
程に比べて短いままである。
る外部磁界の向きにかかわらず、非磁性材料層３６と第
２フリー磁性層３７ａとの界面で常に散乱され、フリー
磁性層３７に移動する確率は低いまま維持され、その平
均自由行程はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行
程に比べて短いままである。
【０１５６】一方、アップスピン電子ｅ１は、第２固定
磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁
化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６からフ
リー磁性層３７にまで到達する。そして、フリー磁性層
３７内部を移動してフリー磁性層３７とバックド層３８
との界面付近に到達する。
磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁
化方向が平行となる状態では、非磁性材料層３６からフ
リー磁性層３７にまで到達する。そして、フリー磁性層
３７内部を移動してフリー磁性層３７とバックド層３８
との界面付近に到達する。
【０１５７】図３に示すように、バックド層３８が設け
られている場合には、フリー磁性層３７を通過したアッ
プスピン電子ｅ１はバックド層３８において、このバッ
クド層３８の材料で決定される追加平均自由行程λ+ｂ
を移動する。すなわち、バックド層３８を設けたことに
より、アップスピン電子ｅ１の平均自由行程λ+が追加
平均自由行程λ+ｂ分だけ延びる。
られている場合には、フリー磁性層３７を通過したアッ
プスピン電子ｅ１はバックド層３８において、このバッ
クド層３８の材料で決定される追加平均自由行程λ+ｂ
を移動する。すなわち、バックド層３８を設けたことに
より、アップスピン電子ｅ１の平均自由行程λ+が追加
平均自由行程λ+ｂ分だけ延びる。
【０１５８】バックド層３８を有する本実施の形態で
は、第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性
層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピン
の伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。
このため、外部磁界の印加によるアップスピン電子ｅ１
の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ
型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向
上させることができる。
は、第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性
層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピン
の伝導電子ｅ１の平均自由行程を伸ばすことができる。
このため、外部磁界の印加によるアップスピン電子ｅ１
の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピンバルブ
型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向
上させることができる。
【０１５９】本実施の形態では、鏡面反射層Ｓ１を形成
する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、または
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）から酸素を除いた組成を有
する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上）よりも酸化しにくい材料（ＮｉＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉ）からなる拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を
鏡面反射層Ｓ１の上面及び下面に接して積層している。
従って、鏡面反射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡
散防止層Ｐ１，Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１
と拡散防止層Ｐ１，Ｐ２との界面が乱れることを防止で
きる。
する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、または
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）から酸素を除いた組成を有
する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上）よりも酸化しにくい材料（ＮｉＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉ）からなる拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を
鏡面反射層Ｓ１の上面及び下面に接して積層している。
従って、鏡面反射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡
散防止層Ｐ１，Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１
と拡散防止層Ｐ１，Ｐ２との界面が乱れることを防止で
きる。
【０１６０】すなわち、本発明では、鏡面反射層Ｓ１と
拡散防止層Ｐ２との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。
拡散防止層Ｐ２との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。
【０１６１】さらに、非磁性中間層３５ｂを介した第１
固定磁性層（強磁性材料層）３５ａと強磁性材料層３５
ｃ１との反強磁性的な結合を確実にすることで安定した
フェリ磁性状態とすることができ、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。従って、固定磁性層３
５の磁化方向が、変動する外部磁界によって揺らぐこと
が防止できるようにその磁化方向を一定方向に確実に固
定することができる。これにより再生信号の出力波形の
対称性を向上でき、再生信号処理の信頼性を向上させる
ことができる。
固定磁性層（強磁性材料層）３５ａと強磁性材料層３５
ｃ１との反強磁性的な結合を確実にすることで安定した
フェリ磁性状態とすることができ、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。従って、固定磁性層３
５の磁化方向が、変動する外部磁界によって揺らぐこと
が防止できるようにその磁化方向を一定方向に確実に固
定することができる。これにより再生信号の出力波形の
対称性を向上でき、再生信号処理の信頼性を向上させる
ことができる。
【０１６２】また、固定磁性層３５全体の強磁性特性の
不安定化を抑えることができる。また、非磁性材料層３
６に接する強磁性散乱層３５ｃ２を形成する材料である
Ｃｏ、ＣｏＦｅは、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材
料であるＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉよりも電子散乱のスピ
ン依存性が大きい材料である。
不安定化を抑えることができる。また、非磁性材料層３
６に接する強磁性散乱層３５ｃ２を形成する材料である
Ｃｏ、ＣｏＦｅは、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２を形成する材
料であるＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＮｉよりも電子散乱のスピ
ン依存性が大きい材料である。
【０１６３】従って、非磁性材料層３６と強磁性散乱層
３５ｃ２の界面において、ダウンスピンの電子のみが選
択的に散乱させられる確率を高くでき、伝導電子全体の
平均自由行程変化量を大きくできる。
３５ｃ２の界面において、ダウンスピンの電子のみが選
択的に散乱させられる確率を高くでき、伝導電子全体の
平均自由行程変化量を大きくできる。
【０１６４】また、図１に示される磁気検出素子の固定
磁性層３５では、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材
料層３５ｃ１と鏡面反射層Ｓ１との間に、拡散防止層Ｐ
１が形成されている。すなわち、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、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３５ｂを介して、ＣｏＮｉ
Ｆｅ合金、ＣｏＦｅ合金などからなる第１固定磁性層３
５ａと強磁性材料層３５ｃ１が積層された構造を有して
おり、これによって非磁性中間層３５ｂを介した強磁性
材料層３５ａと強磁性材料層３５ｃ１との反強磁性的な
結合を確実にして安定したフェリ磁性状態とすることが
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）を大きくす
ることができている。すなわち、変動する外部磁界によ
って、固定磁性層３５の磁化方向が揺らぐことを防止で
きるようにその磁化方向を一定方向に確実に固定するこ
とができる。
磁性層３５では、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材
料層３５ｃ１と鏡面反射層Ｓ１との間に、拡散防止層Ｐ
１が形成されている。すなわち、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、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３５ｂを介して、ＣｏＮｉ
Ｆｅ合金、ＣｏＦｅ合金などからなる第１固定磁性層３
５ａと強磁性材料層３５ｃ１が積層された構造を有して
おり、これによって非磁性中間層３５ｂを介した強磁性
材料層３５ａと強磁性材料層３５ｃ１との反強磁性的な
結合を確実にして安定したフェリ磁性状態とすることが
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）を大きくす
ることができている。すなわち、変動する外部磁界によ
って、固定磁性層３５の磁化方向が揺らぐことを防止で
きるようにその磁化方向を一定方向に確実に固定するこ
とができる。
【０１６５】本発明の磁気検出素子の第２固定磁性層３
５ｃの構成は、図１の構成に限るものではない。
５ｃの構成は、図１の構成に限るものではない。
【０１６６】例えば、図４に示されるように、第２固定
磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂに接する拡散防止
層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２及び強磁性散
乱層３５ｃ２から構成されてもよい。図４では、拡散防
止層Ｐ１が非磁性中間層３５ｂに直接接している点での
み図１の磁気検出素子と異っている。
磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂに接する拡散防止
層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２及び強磁性散
乱層３５ｃ２から構成されてもよい。図４では、拡散防
止層Ｐ１が非磁性中間層３５ｂに直接接している点での
み図１の磁気検出素子と異っている。
【０１６７】図４に示される磁気検出素子でも、鏡面反
射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ１，
Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ
１，Ｐ２との界面が乱れることを防止できる。すなわ
ち、本発明では、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との
界面付近において電子にスピン状態を保存する散乱をさ
せるスペキュラー効果を向上させることができる。
射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ１，
Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ
１，Ｐ２との界面が乱れることを防止できる。すなわ
ち、本発明では、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との
界面付近において電子にスピン状態を保存する散乱をさ
せるスペキュラー効果を向上させることができる。
【０１６８】さらに、非磁性中間層３５ｂを介した強磁
性材料層３５ａと強磁性材料層３５ｃとの反強磁性的な
結合を確実にすることで安定したフェリ磁性状態とする
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）を大
きくすることができている。すなわち、変動する外部磁
界によって、固定磁性層３５の磁化方向が揺らぐことを
防止できるようにその磁化方向を一定方向に確実に固定
することができる。また、固定磁性層３５全体の強磁性
特性の不安定化を抑えることができる。
性材料層３５ａと強磁性材料層３５ｃとの反強磁性的な
結合を確実にすることで安定したフェリ磁性状態とする
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）を大
きくすることができている。すなわち、変動する外部磁
界によって、固定磁性層３５の磁化方向が揺らぐことを
防止できるようにその磁化方向を一定方向に確実に固定
することができる。また、固定磁性層３５全体の強磁性
特性の不安定化を抑えることができる。
【０１６９】ただし、図１に示される磁気検出素子のよ
うに非磁性中間層３５ｂに強磁性材料層３５ｃ１が積層
された構造でないため、強磁性材料層３５ａと強磁性材
料層３５ｃとの反強磁性的な結合の安定性がいくらか低
下する。
うに非磁性中間層３５ｂに強磁性材料層３５ｃ１が積層
された構造でないため、強磁性材料層３５ａと強磁性材
料層３５ｃとの反強磁性的な結合の安定性がいくらか低
下する。
【０１７０】または、図５に示されるように、第２固定
磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材
料層３５ｃ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２及び強
磁性散乱層３５ｃ２から構成されてもよい。図５では、
拡散防止層Ｐ１が形成されない点でのみ図１の磁気検出
素子と異っている。
磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材
料層３５ｃ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２及び強
磁性散乱層３５ｃ２から構成されてもよい。図５では、
拡散防止層Ｐ１が形成されない点でのみ図１の磁気検出
素子と異っている。
【０１７１】図５に示される磁気検出素子は、鏡面反射
層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ２によ
って抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界
面が乱れることを防止できる。すなわち、本発明では、
鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面付近において
電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキュラー
効果を向上させることができる。
層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ２によ
って抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界
面が乱れることを防止できる。すなわち、本発明では、
鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面付近において
電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキュラー
効果を向上させることができる。
【０１７２】ただし、鏡面反射層Ｓ１と強磁性材料層３
５ｃ１との界面の乱れを抑えることはできない。
５ｃ１との界面の乱れを抑えることはできない。
【０１７３】あるいは、図６に示されるように、第２固
定磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性
材料層３５ｃ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２から
構成されてもよい。図６では、拡散防止層Ｐ１、及び強
磁性散乱層３５ｃ２が形成されない点でのみ図１の磁気
検出素子と異っている。
定磁性層３５ｃが、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性
材料層３５ｃ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２から
構成されてもよい。図６では、拡散防止層Ｐ１、及び強
磁性散乱層３５ｃ２が形成されない点でのみ図１の磁気
検出素子と異っている。
【０１７４】図６に示される磁気検出素子は、鏡面反射
層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ２によ
って抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界
面が乱れることを抑止できる。すなわち、鏡面反射層Ｓ
１と拡散防止層Ｐ２との界面付近において電子にスピン
状態を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上さ
せることができる。
層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ２によ
って抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界
面が乱れることを抑止できる。すなわち、鏡面反射層Ｓ
１と拡散防止層Ｐ２との界面付近において電子にスピン
状態を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上さ
せることができる。
【０１７５】本実施の形態の磁気検出素子では、図１の
磁気検出素子のようにＣｏやＣｏＦｅからなる強磁性散
乱層３５ｃ２が非磁性材料層３６に接していない。すな
わち、フリー磁性層３７で発生したダウンスピンの伝導
電子は非磁性材料層３６と拡散防止層Ｐ２との界面で散
乱するが、ＮｉＦｅなどからなる拡散防止層Ｐ２は散乱
のスピン依存性がＣｏまたはＣｏＦｅからなる強磁性散
乱層３７ｃ２より低いので、図６の磁気検出素子は、図
１の磁気検出素子よりも伝導電子全体の平均自由行程変
化量がいくらか小さくなる。
磁気検出素子のようにＣｏやＣｏＦｅからなる強磁性散
乱層３５ｃ２が非磁性材料層３６に接していない。すな
わち、フリー磁性層３７で発生したダウンスピンの伝導
電子は非磁性材料層３６と拡散防止層Ｐ２との界面で散
乱するが、ＮｉＦｅなどからなる拡散防止層Ｐ２は散乱
のスピン依存性がＣｏまたはＣｏＦｅからなる強磁性散
乱層３７ｃ２より低いので、図６の磁気検出素子は、図
１の磁気検出素子よりも伝導電子全体の平均自由行程変
化量がいくらか小さくなる。
【０１７６】また、図６に示される磁気検出素子は、鏡
面反射層Ｓ１と強磁性材料層３５ｃ１との界面の乱れを
抑えることはできない。
面反射層Ｓ１と強磁性材料層３５ｃ１との界面の乱れを
抑えることはできない。
【０１７７】また、固定磁性層３５は、第１固定磁性層
と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して反強磁性的に
結合するフェリ磁性状態でなく、磁化方向が一方向にそ
ろえられたものであってもよい。
と第２固定磁性層が非磁性中間層を介して反強磁性的に
結合するフェリ磁性状態でなく、磁化方向が一方向にそ
ろえられたものであってもよい。
【０１７８】図７に示される磁気検出素子では、固定磁
性層３５が、強磁性材料層３５ｄ、拡散防止層Ｐ１、鏡
面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２、強磁性材料層３５ｄか
ら構成されている。図７の磁気検出素子は、図１の磁気
検出素子と固定磁性層３５の構成以外は、同じ構成であ
る。
性層３５が、強磁性材料層３５ｄ、拡散防止層Ｐ１、鏡
面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ２、強磁性材料層３５ｄか
ら構成されている。図７の磁気検出素子は、図１の磁気
検出素子と固定磁性層３５の構成以外は、同じ構成であ
る。
【０１７９】強磁性材料層３５ｄは、ＣｏやＣｏＦｅな
どから形成される。拡散防止層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、
拡散防止層Ｐ２の材料は、図１の磁気検出素子と同じで
ある。
どから形成される。拡散防止層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、
拡散防止層Ｐ２の材料は、図１の磁気検出素子と同じで
ある。
【０１８０】図７の磁気検出素子では、強磁性材料層３
５ｄ、拡散防止層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ
２、強磁性材料層３５ｄが強磁性的に結合し、磁化方向
が同一方向を向いている。
５ｄ、拡散防止層Ｐ１、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ
２、強磁性材料層３５ｄが強磁性的に結合し、磁化方向
が同一方向を向いている。
【０１８１】図７に示される磁気検出素子でも、鏡面反
射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ１，
Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ
１，Ｐ２との界面が乱れることを抑止できる。すなわ
ち、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面付近にお
いて電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキュ
ラー効果を向上させることができる。
射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ１，
Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ
１，Ｐ２との界面が乱れることを抑止できる。すなわ
ち、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面付近にお
いて電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキュ
ラー効果を向上させることができる。
【０１８２】さらに、図７の磁気検出素子の固定磁性層
３５から拡散防止層Ｐ１を除いた図８に示されるような
磁気検出素子でも、鏡面反射層Ｓ１に含まれる酸素原子
の拡散が拡散防止層Ｐ２によって抑えることができ、鏡
面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面が乱れることを
抑止できる。すなわち、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ
２との界面付近において電子にスピン状態を保存する散
乱をさせるスペキュラー効果を向上させることができ
る。
３５から拡散防止層Ｐ１を除いた図８に示されるような
磁気検出素子でも、鏡面反射層Ｓ１に含まれる酸素原子
の拡散が拡散防止層Ｐ２によって抑えることができ、鏡
面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面が乱れることを
抑止できる。すなわち、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ
２との界面付近において電子にスピン状態を保存する散
乱をさせるスペキュラー効果を向上させることができ
る。
【０１８３】図１から図８に示された磁気検出素子で
は、絶縁酸化物からなる鏡面反射層Ｓ１が固定磁性層３
５内に形成されているために、電極層４３から供給され
たセンス電流が、反強磁性層３４にまで分流して流れる
ことを抑えることができる。鏡面反射層Ｓ１が固定磁性
層３５内に形成されないと、センス電流の約１０％が反
強磁性層３４に流れる。
は、絶縁酸化物からなる鏡面反射層Ｓ１が固定磁性層３
５内に形成されているために、電極層４３から供給され
たセンス電流が、反強磁性層３４にまで分流して流れる
ことを抑えることができる。鏡面反射層Ｓ１が固定磁性
層３５内に形成されないと、センス電流の約１０％が反
強磁性層３４に流れる。
【０１８４】本発明は、鏡面反射層がフリー磁性層中に
形成される磁気検出素子にも適用することができる。
形成される磁気検出素子にも適用することができる。
【０１８５】図９に示される磁気検出素子は、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。
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。
【０１８６】図９では、下地層３２、シード層３３、反
強磁性層３４、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ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、非磁性中間層３７ｂ、第１フリ
ー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型
のフリー磁性層３７、バックド層３８、保護層３９が積
層された多層膜Ｔ２が形成されている。なお、多層膜Ｔ
２の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
強磁性層３４、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ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、非磁性中間層３７ｂ、第１フリ
ー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー型
のフリー磁性層３７、バックド層３８、保護層３９が積
層された多層膜Ｔ２が形成されている。なお、多層膜Ｔ
２の上面の幅寸法がトラック幅寸法に対応する。
【０１８７】多層膜Ｔ２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。
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。
【０１８８】多層膜Ｔ２中の反強磁性層３４は、図示Ｘ
方向に延長され、この延出部３４ａの上面と固定磁性層
３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２フリー
磁性層３７ａの側面に接してバイアス下地層４０が形成
されている。
方向に延長され、この延出部３４ａの上面と固定磁性層
３５の側面、非磁性材料層３６の側面、及び第２フリー
磁性層３７ａの側面に接してバイアス下地層４０が形成
されている。
【０１８９】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、図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
アス層４１が形成されている。ハードバイアス層４１
は、図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【０１９０】ハードバイアス層４１上には中間層４２が
形成され、この中間層４２の上に電極層４３が形成され
ている。
形成され、この中間層４２の上に電極層４３が形成され
ている。
【０１９１】多層膜Ｔ１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（図示せず）が形成されている。上
部シールド層は図示しない保護層によって覆われる。
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（図示せず）が形成されている。上
部シールド層は図示しない保護層によって覆われる。
【０１９２】下部シールド層３０、下部ギャップ層３
１、下地層３２、シード層３３、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、バ
ックド層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハー
ドバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、上部ギャ
ップ層４４、上部シールド層、及び保護層はスパッタ法
や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって形成される。
１、下地層３２、シード層３３、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、バ
ックド層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハー
ドバイアス層４１、中間層４２、電極層４３、上部ギャ
ップ層４４、上部シールド層、及び保護層はスパッタ法
や蒸着法などの薄膜形成プロセスによって形成される。
【０１９３】なお、下部シールド層３０、下部ギャップ
層３１、下地層３２、シード層３３、反強磁性層３４、
非磁性材料層３６、バックド層３８、保護層３９、バイ
アス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、
電極層４３、上部ギャップ層４４、上部シールド層、及
び保護層の材料は図１に示された磁気検出素子の材料と
同じなので説明を省略する。
層３１、下地層３２、シード層３３、反強磁性層３４、
非磁性材料層３６、バックド層３８、保護層３９、バイ
アス下地層４０、ハードバイアス層４１、中間層４２、
電極層４３、上部ギャップ層４４、上部シールド層、及
び保護層の材料は図１に示された磁気検出素子の材料と
同じなので説明を省略する。
【０１９４】図９の磁気検出素子では、固定磁性層３５
は、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２
固定磁性層３５ｃからなる３層構造である。第１固定磁
性層３５ａ及び第２固定磁性層３５ｃは、例えばＮｉＦ
ｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ
Ｎｉ合金などにより形成されるものであり、特にＣｏＮ
ｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金により形成されることが好ま
しい。
は、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、第２
固定磁性層３５ｃからなる３層構造である。第１固定磁
性層３５ａ及び第２固定磁性層３５ｃは、例えばＮｉＦ
ｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ
Ｎｉ合金などにより形成されるものであり、特にＣｏＮ
ｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金により形成されることが好ま
しい。
【０１９５】第１固定磁性層３５ａ、第２固定磁性層３
５ｃがＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ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、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。
５ｃがＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ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、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。
【０１９６】また特に、第１固定磁性層３５ａ、第２固
定磁性層３５ｃをＣｏＮｉＦｅ合金、で形成すると、第
１固定磁性層３５ａ、第２固定磁性層３５ｃをＣｏＦｅ
合金で形成したときよりも、スピンフロップ磁界の値を
大きくすることができる。
定磁性層３５ｃをＣｏＮｉＦｅ合金、で形成すると、第
１固定磁性層３５ａ、第２固定磁性層３５ｃをＣｏＦｅ
合金で形成したときよりも、スピンフロップ磁界の値を
大きくすることができる。
【０１９７】また、第１固定磁性層３５ａ及び強磁性材
料層３５ｃ１は同一の材料で形成されることが好まし
い。非磁性中間層３５ｂ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。
料層３５ｃ１は同一の材料で形成されることが好まし
い。非磁性中間層３５ｂ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。
【０１９８】第１固定磁性層３５ａと非磁性中間層３５
ｂを介して対向する第２固定磁性層３５ｃの磁化方向
は、第１固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で
固定される。すなわち、第１固定磁性層３５ａと第２固
定磁性層３５ｃ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。
ｂを介して対向する第２固定磁性層３５ｃの磁化方向
は、第１固定磁性層３５ａの磁化方向と反平行の状態で
固定される。すなわち、第１固定磁性層３５ａと第２固
定磁性層３５ｃ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。
【０１９９】本実施の形態では、フリー磁性層３７は、
第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１フ
リー磁性層３７ｃからなっている。第２フリー磁性層３
７ａは、非磁性材料層３６に接する強磁性散乱層３７ａ
３（第２強磁性層）、拡散防止層Ｐ３（第１強磁性
層）、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ４（第３強磁性
層）及び強磁性材料層３７ａ４（第４強磁性層）から構
成されている。
第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１フ
リー磁性層３７ｃからなっている。第２フリー磁性層３
７ａは、非磁性材料層３６に接する強磁性散乱層３７ａ
３（第２強磁性層）、拡散防止層Ｐ３（第１強磁性
層）、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ４（第３強磁性
層）及び強磁性材料層３７ａ４（第４強磁性層）から構
成されている。
【０２００】第１フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃ
と強磁性材料層３７ａ４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。
と強磁性材料層３７ａ４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。
【０２０１】これにより、フリー磁性層３７がフェリ磁
性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が安
定してフェリ磁性状態を保つことができる。
性状態を保つ磁界の範囲が広くなり、フリー磁性層が安
定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０２０２】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。
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。
【０２０３】また、第１フリー磁性層３７ｃと強磁性材
料層３７ａ４は同一の材料で形成されることが好まし
い。
料層３７ａ４は同一の材料で形成されることが好まし
い。
【０２０４】本実施の形態では、拡散防止層Ｐ３，Ｐ４
はＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
はＮｉＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
【０２０５】また、鏡面反射層Ｓ２は、ＣｏＯ、Ｃｏ−
Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）の組成式で
示される材料から選択されるいずれか１種または２種以
上からなる。
Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素
Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃ
ｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）の組成式で
示される材料から選択されるいずれか１種または２種以
上からなる。
【０２０６】強磁性散乱層３７ａ３は、Ｃｏ、ＣｏＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
またはＣｏＦｅＮｉによって形成される。
【０２０７】強磁性材料層３７ａ４、拡散防止層Ｐ３，
Ｐ４、鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３７ａ３は、
強磁性結合によって磁気的に結合しており磁化方向が同
一方向を向いている。
Ｐ４、鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３７ａ３は、
強磁性結合によって磁気的に結合しており磁化方向が同
一方向を向いている。
【０２０８】また、非磁性中間層３７ｂは、非磁性材料
により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、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。
により形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒ
ｅ、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。
【０２０９】図９の磁気検出素子では、磁気的膜厚が異
なる第１フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃと第２固
定磁性層３７ａが、非磁性中間層３７ｂを介して積層さ
れたものが、シンセティックフェリ構造をとり、一つの
フリー磁性層３７として機能する。第１フリー磁性層３
７ｃの磁気的膜厚は、第１フリー磁性層（強磁性材料
層）３７ｃの飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の値である。
なる第１フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃと第２固
定磁性層３７ａが、非磁性中間層３７ｂを介して積層さ
れたものが、シンセティックフェリ構造をとり、一つの
フリー磁性層３７として機能する。第１フリー磁性層３
７ｃの磁気的膜厚は、第１フリー磁性層（強磁性材料
層）３７ｃの飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の値である。
【０２１０】また、第２フリー磁性層３７ａの磁気的膜
厚は、強磁性材料層３７ａ４、拡散防止層Ｐ３，Ｐ４、
鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３７ａ３、それぞれ
の層の飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の和である。
厚は、強磁性材料層３７ａ４、拡散防止層Ｐ３，Ｐ４、
鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱層３７ａ３、それぞれ
の層の飽和磁化Ｍｓと膜厚との積の和である。
【０２１１】このとき、磁気モーメントが大きい方、例
えば、第２フリー磁性層３７ａの磁化方向が、ハードバ
イアス層４１から発生する磁界の方向に向き、第１フリ
ー磁性層３７ｃの磁化方向が、１８０度反対方向の反平
行に向いたフェリ磁性状態になる。
えば、第２フリー磁性層３７ａの磁化方向が、ハードバ
イアス層４１から発生する磁界の方向に向き、第１フリ
ー磁性層３７ｃの磁化方向が、１８０度反対方向の反平
行に向いたフェリ磁性状態になる。
【０２１２】第２フリー磁性層３７ａの磁気モーメント
と第２フリー磁性層３７ｂの磁気モーメントを足し合わ
せた合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層３７の磁
化方向となる。
と第２フリー磁性層３７ｂの磁気モーメントを足し合わ
せた合成磁気モーメントの方向がフリー磁性層３７の磁
化方向となる。
【０２１３】第２フリー磁性層３７ａと第１フリー磁性
層３７ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層３７の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリ
ー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素
子の磁界検出感度が向上する。
層３７ｃの磁化方向が１８０度異なる反平行のフェリ磁
性状態になると、フリー磁性層３７の膜厚を薄くするこ
とと同等の効果が得られ、飽和磁化が小さくなり、フリ
ー磁性層３７の磁化が変動しやすくなって、磁気検出素
子の磁界検出感度が向上する。
【０２１４】本実施の形態では、ハードバイアス層４１
は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７
ａに与える。従って、ハードバイアス層４０から発生す
る図示Ｘ方向の静磁界によって、第１フリー磁性層３７
ｃの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを
抑えることができる。
は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２のフリー磁性層３７
ａに与える。従って、ハードバイアス層４０から発生す
る図示Ｘ方向の静磁界によって、第１フリー磁性層３７
ｃの磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを
抑えることができる。
【０２１５】ただし、電気抵抗値の変化（出力）に直接
寄与するのは第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フ
リー磁性層３７ａの磁化方向の相対角であり、これらの
相対角が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が
印加されていない状態で直交していることが好ましい。
寄与するのは第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フ
リー磁性層３７ａの磁化方向の相対角であり、これらの
相対角が検出電流が通電されている状態かつ信号磁界が
印加されていない状態で直交していることが好ましい。
【０２１６】本実施の形態では、第２フリー磁性層３７
ａ中に鏡面反射層Ｓ２が形成されている。
ａ中に鏡面反射層Ｓ２が形成されている。
【０２１７】ここで、拡散防止層Ｐ３と鏡面反射層Ｓ２
との界面では、これらの層の比抵抗に大きな差があるた
めにポテンシャル障壁が形成される。
との界面では、これらの層の比抵抗に大きな差があるた
めにポテンシャル障壁が形成される。
【０２１８】このポテンシャル障壁は、センス電流を流
した際に伝導電子を、そのスピンの方向を保存させたま
ま鏡面反射させる。
した際に伝導電子を、そのスピンの方向を保存させたま
ま鏡面反射させる。
【０２１９】鏡面反射層Ｓ２を有する本実施の形態で
は、第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性
層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピン
の伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。
は、第２固定磁性層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性
層３７ａの磁化方向が平行となる状態でのアップスピン
の伝導電子の平均自由行程を伸ばすことができる。
【０２２０】このため、外部磁界の印加によるアップス
ピン電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピ
ンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）
をより向上させることができる。
ピン電子の平均自由行程の変化量が大きくなって、スピ
ンバルブ型磁気検出素子の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）
をより向上させることができる。
【０２２１】本実施の形態では、鏡面反射層Ｓ２を形成
する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、または
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）から酸素を除いた組成を有
する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上）よりも酸化しにくい材料（ＮｉＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉ）からなる拡散防止層Ｐ３，Ｐ４を
鏡面反射層Ｓ２の上面及び下面に接して積層している。
従って、鏡面反射層Ｓ２に含まれる酸素原子の拡散が拡
散防止層Ｐ３，Ｐ４によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ２
と拡散防止層Ｐ３，Ｐ４との界面が乱れることを防止で
きる。
する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、または
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）から酸素を除いた組成を有
する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上）よりも酸化しにくい材料（ＮｉＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉ）からなる拡散防止層Ｐ３，Ｐ４を
鏡面反射層Ｓ２の上面及び下面に接して積層している。
従って、鏡面反射層Ｓ２に含まれる酸素原子の拡散が拡
散防止層Ｐ３，Ｐ４によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ２
と拡散防止層Ｐ３，Ｐ４との界面が乱れることを防止で
きる。
【０２２２】すなわち、本発明では、鏡面反射層Ｓ２と
拡散防止層Ｐ３との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。
拡散防止層Ｐ３との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。
【０２２３】さらに、非磁性中間層３７ｂを介した第１
フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃと強磁性材料層３
７ａ４との反強磁性的な結合を確実にすることで安定し
たフェリ磁性状態とすることができ、外部磁界の検出感
度をより高くすることができる。また、フリー磁性層３
７全体の強磁性特性の不安定化を抑えることができる。
フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃと強磁性材料層３
７ａ４との反強磁性的な結合を確実にすることで安定し
たフェリ磁性状態とすることができ、外部磁界の検出感
度をより高くすることができる。また、フリー磁性層３
７全体の強磁性特性の不安定化を抑えることができる。
【０２２４】また、非磁性材料層３６に接する強磁性散
乱層３７ａ３を形成する材料であるＣｏ、ＣｏＦｅは、
拡散防止層Ｐ３を形成する材料であるＮｉＦｅ、ＣｏＦ
ｅＮｉよりも電子散乱のスピン依存性が大きい材料であ
る。
乱層３７ａ３を形成する材料であるＣｏ、ＣｏＦｅは、
拡散防止層Ｐ３を形成する材料であるＮｉＦｅ、ＣｏＦ
ｅＮｉよりも電子散乱のスピン依存性が大きい材料であ
る。
【０２２５】従って、非磁性材料層３６と強磁性散乱層
３７ａ３の界面において、ダウンスピンの電子のみが選
択的に散乱させられる確率を高くでき、伝導電子全体の
平均自由行程変化量を大きくできる。
３７ａ３の界面において、ダウンスピンの電子のみが選
択的に散乱させられる確率を高くでき、伝導電子全体の
平均自由行程変化量を大きくできる。
【０２２６】また、図９に示される磁気検出素子のフリ
ー磁性層３７では、非磁性中間層３７ｂに接する強磁性
材料層３７ａ４と鏡面反射層Ｓ２との間に、拡散防止層
Ｐ４が形成されている。すなわち、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３７ｂを介して、ＣｏＮ
ｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などからなる第１フリー磁性
層３７ｃと強磁性材料層３７ａ４が積層された構造を有
しており、これによって非磁性中間層３７ｂを介した第
１フリー磁性層３７ｃと強磁性材料層３７ａ４との反強
磁性的な結合を確実にして安定したフェリ磁性状態とす
ることができ、外部磁界の検出感度をより高くすること
ができる。
ー磁性層３７では、非磁性中間層３７ｂに接する強磁性
材料層３７ａ４と鏡面反射層Ｓ２との間に、拡散防止層
Ｐ４が形成されている。すなわち、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３７ｂを介して、ＣｏＮ
ｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金などからなる第１フリー磁性
層３７ｃと強磁性材料層３７ａ４が積層された構造を有
しており、これによって非磁性中間層３７ｂを介した第
１フリー磁性層３７ｃと強磁性材料層３７ａ４との反強
磁性的な結合を確実にして安定したフェリ磁性状態とす
ることができ、外部磁界の検出感度をより高くすること
ができる。
【０２２７】また、フリー磁性層３７は、第１フリー磁
性層と第２フリー磁性層が非磁性中間層を介して反強磁
性的に結合するフェリ磁性状態でなく、磁化方向が一方
向にそろえられたものであってもよい。
性層と第２フリー磁性層が非磁性中間層を介して反強磁
性的に結合するフェリ磁性状態でなく、磁化方向が一方
向にそろえられたものであってもよい。
【０２２８】図１０に示される磁気検出素子では、フリ
ー磁性層３７が、強磁性材料層３７ｄ、拡散防止層Ｐ
３、鏡面反射層Ｓ２、拡散防止層Ｐ４、強磁性材料層３
７ｄから構成されている。図１０の磁気検出素子は、図
９の磁気検出素子とフリー磁性層３７の構成以外は、同
じ構成である。
ー磁性層３７が、強磁性材料層３７ｄ、拡散防止層Ｐ
３、鏡面反射層Ｓ２、拡散防止層Ｐ４、強磁性材料層３
７ｄから構成されている。図１０の磁気検出素子は、図
９の磁気検出素子とフリー磁性層３７の構成以外は、同
じ構成である。
【０２２９】強磁性材料層３７ｄは、ＣｏやＣｏＦｅな
どから形成される。拡散防止層Ｐ３、鏡面反射層Ｓ２、
拡散防止層Ｐ４の材料は、図９の磁気検出素子と同じで
ある。
どから形成される。拡散防止層Ｐ３、鏡面反射層Ｓ２、
拡散防止層Ｐ４の材料は、図９の磁気検出素子と同じで
ある。
【０２３０】図１０の磁気検出素子では、強磁性材料層
３７ｄ、拡散防止層Ｐ３、鏡面反射層Ｓ２、拡散防止層
Ｐ４、強磁性材料層３７ｄが強磁性的に結合し、磁化方
向が同一方向を向いている。
３７ｄ、拡散防止層Ｐ３、鏡面反射層Ｓ２、拡散防止層
Ｐ４、強磁性材料層３７ｄが強磁性的に結合し、磁化方
向が同一方向を向いている。
【０２３１】図１０に示される磁気検出素子でも、鏡面
反射層Ｓ２に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ
３，Ｐ４によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ２と拡散防止
層Ｐ３，Ｐ４との界面が乱れることを抑止できる。すな
わち、鏡面反射層Ｓ２と拡散防止層Ｐ３との界面付近に
おいて電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキ
ュラー効果を向上させることができる。
反射層Ｓ２に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ
３，Ｐ４によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ２と拡散防止
層Ｐ３，Ｐ４との界面が乱れることを抑止できる。すな
わち、鏡面反射層Ｓ２と拡散防止層Ｐ３との界面付近に
おいて電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキ
ュラー効果を向上させることができる。
【０２３２】また、本発明では、図１１に示される磁気
検出素子のように、拡散防止層と鏡面反射層がフリー磁
性層の非磁性材料層と接する面と反対側の面に対向する
領域中に設けられてもよい。
検出素子のように、拡散防止層と鏡面反射層がフリー磁
性層の非磁性材料層と接する面と反対側の面に対向する
領域中に設けられてもよい。
【０２３３】図１１では、フリー磁性層３７の上面に拡
散防止層Ｐ５と鏡面反射層Ｓ３が積層されている。拡散
防止層Ｐ５と鏡面反射層Ｓ３を形成する材料は、図９に
示された拡散防止層Ｐ３，Ｐ４と鏡面反射層Ｓ２を形成
する材料と同じである。
散防止層Ｐ５と鏡面反射層Ｓ３が積層されている。拡散
防止層Ｐ５と鏡面反射層Ｓ３を形成する材料は、図９に
示された拡散防止層Ｐ３，Ｐ４と鏡面反射層Ｓ２を形成
する材料と同じである。
【０２３４】フリー磁性層３７は、第２フリー磁性層３
７ａ（拡散防止層３７ａ１、磁性層３７ａ２）、非磁性
中間層３７ｂ、及び第１フリー磁性層３７ｃからなるシ
ンセティックフェリフリー構造を有している。
７ａ（拡散防止層３７ａ１、磁性層３７ａ２）、非磁性
中間層３７ｂ、及び第１フリー磁性層３７ｃからなるシ
ンセティックフェリフリー構造を有している。
【０２３５】また、固定磁性層３５は、第１固定磁性層
３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、及び第２固定磁性層３５
ｃからなるシンセティックフェリピンド構造を有してい
る。
３５ａ、非磁性中間層３５ｂ、及び第２固定磁性層３５
ｃからなるシンセティックフェリピンド構造を有してい
る。
【０２３６】図１１に示される磁気検出素子でも、鏡面
反射層Ｓ３に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ５
によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ３と拡散防止層Ｐ５と
の界面が乱れることを抑止できる。すなわち、鏡面反射
層Ｓ３と拡散防止層Ｐ５との界面付近において電子にス
ピン状態を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向
上させることができる。
反射層Ｓ３に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ５
によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ３と拡散防止層Ｐ５と
の界面が乱れることを抑止できる。すなわち、鏡面反射
層Ｓ３と拡散防止層Ｐ５との界面付近において電子にス
ピン状態を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向
上させることができる。
【０２３７】図１２に示す磁気検出素子は、図９に示さ
れた磁気検出素子とは逆に、フリー磁性層３７、非磁性
材料層３６、固定磁性層３５、反強磁性層３４が順次積
層されてなるいわゆるトップ型のスピンバルブ型磁気検
出素子である。
れた磁気検出素子とは逆に、フリー磁性層３７、非磁性
材料層３６、固定磁性層３５、反強磁性層３４が順次積
層されてなるいわゆるトップ型のスピンバルブ型磁気検
出素子である。
【０２３８】図１２では、下地層３２、第１フリー磁性
層３７ｃ、非磁性中間層３７ｂ、第２フリー磁性層３７
ａからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性
層３７、非磁性材料層３６、第２固定磁性層３５ｃ、非
磁性中間層３５ｂ、第１固定磁性層３５ａ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、反強磁性
層３４、及び保護層３９が積層された多層膜Ｔ３が形成
されている。
層３７ｃ、非磁性中間層３７ｂ、第２フリー磁性層３７
ａからなるシンセティックフェリフリー型のフリー磁性
層３７、非磁性材料層３６、第２固定磁性層３５ｃ、非
磁性中間層３５ｂ、第１固定磁性層３５ａ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、反強磁性
層３４、及び保護層３９が積層された多層膜Ｔ３が形成
されている。
【０２３９】多層膜Ｔ３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。
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。
【０２４０】なお、下部シールド層３０、下部ギャップ
層３１、下地層３２、反強磁性層３４、固定磁性層３
５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、保護層３９
は、図９に示された磁気検出素子と同等の材料からな
る。
層３１、下地層３２、反強磁性層３４、固定磁性層３
５、非磁性材料層３６、フリー磁性層３７、保護層３９
は、図９に示された磁気検出素子と同等の材料からな
る。
【０２４１】下部ギャップ層３１の上面と下地層３２の
側面、及び第１フリー磁性層３７ｃの側面に接してバイ
アス下地層４０が形成されている。
側面、及び第１フリー磁性層３７ｃの側面に接してバイ
アス下地層４０が形成されている。
【０２４２】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
図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
アス層４１が形成されている。ハードバイアス層４１は
図示Ｘ方向（トラック幅方向）に着磁されている。
【０２４３】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、電極層４３が形成されている。
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、電極層４３が形成されている。
【０２４４】バイアス下地層４０、ハードバイアス層４
１、及び電極層４３を形成する材料は、図９に示された
磁気検出素子のバイアス下地層４０、ハードバイアス層
４１、及び電極層４３と同等の材料であるので説明を省
略する。
１、及び電極層４３を形成する材料は、図９に示された
磁気検出素子のバイアス下地層４０、ハードバイアス層
４１、及び電極層４３と同等の材料であるので説明を省
略する。
【０２４５】多層膜Ｔ３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（図示せず）が形成されている。上
部シールド層は、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。
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（図示せず）が形成されている。上
部シールド層は、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。
【０２４６】ハードバイアス層４１は、第１フリー磁性
層３７ｃの磁化方向のみをそろえている。第１フリー磁
性層３７ｃの磁化方向が一定方向に揃えられると、第２
フリー磁性層３７ａは磁化方向が反平行となるフェリ磁
性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定
方向に揃えられる。
層３７ｃの磁化方向のみをそろえている。第１フリー磁
性層３７ｃの磁化方向が一定方向に揃えられると、第２
フリー磁性層３７ａは磁化方向が反平行となるフェリ磁
性状態となり、フリー磁性層３７全体の磁化方向が一定
方向に揃えられる。
【０２４７】この実施例においては、多層膜Ｔ３の第１
フリー磁性層３７ｃは、反強磁性層３４よりも下方に形
成されており、ハードバイアス層４１の膜厚の厚い部分
と隣接しており、従って第１フリー磁性層３７ｃの磁化
は容易にＸ方向に揃えられる。これにより、バルクハウ
ゼンノイズの発生を低減させることができる。
フリー磁性層３７ｃは、反強磁性層３４よりも下方に形
成されており、ハードバイアス層４１の膜厚の厚い部分
と隣接しており、従って第１フリー磁性層３７ｃの磁化
は容易にＸ方向に揃えられる。これにより、バルクハウ
ゼンノイズの発生を低減させることができる。
【０２４８】本実施の形態でも、フリー磁性層３７は、
第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１フ
リー磁性層３７ｃからなっている。第２フリー磁性層３
７ａは、非磁性材料層３６に接する強磁性散乱層３７ａ
３、拡散防止層Ｐ３、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ４
及び強磁性材料層３７ａ４から構成されている。
第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、第１フ
リー磁性層３７ｃからなっている。第２フリー磁性層３
７ａは、非磁性材料層３６に接する強磁性散乱層３７ａ
３、拡散防止層Ｐ３、鏡面反射層Ｓ１、拡散防止層Ｐ４
及び強磁性材料層３７ａ４から構成されている。
【０２４９】本実施の形態でも、第２フリー磁性層３７
ａ中に鏡面反射層Ｓ２が形成されており、第２固定磁性
層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁化方
向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均
自由行程を伸ばすことができる。 このため、外部磁界
の印加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量
が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
ａ中に鏡面反射層Ｓ２が形成されており、第２固定磁性
層３５ｃの磁化方向と第２フリー磁性層３７ａの磁化方
向が平行となる状態でのアップスピンの伝導電子の平均
自由行程を伸ばすことができる。 このため、外部磁界
の印加によるアップスピン電子の平均自由行程の変化量
が大きくなって、スピンバルブ型磁気検出素子の磁気抵
抗変化率（ΔＲ／Ｒ）をより向上させることができる。
【０２５０】本実施の形態でも、鏡面反射層Ｓ２を形成
する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、または
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）から酸素を除いた組成を有
する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上）よりも酸化しにくい材料（ＮｉＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉ）からなる拡散防止層Ｐ３，Ｐ４を
鏡面反射層Ｓ２の上面及び下面に接して積層している。
従って、鏡面反射層Ｓ２に含まれる酸素原子の拡散が拡
散防止層Ｐ３，Ｐ４によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ２
と拡散防止層Ｐ３，Ｐ４との界面が乱れることを防止で
きる。
する材料（ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、または
Ｆｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種
以上である）の組成式で示される材料から選択されるい
ずれか１種または２種以上）から酸素を除いた組成を有
する材料（Ｃｏ、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｆｅ、またはＦｅ−Ｍ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上）よりも酸化しにくい材料（ＮｉＦｅ
またはＣｏＦｅＮｉ）からなる拡散防止層Ｐ３，Ｐ４を
鏡面反射層Ｓ２の上面及び下面に接して積層している。
従って、鏡面反射層Ｓ２に含まれる酸素原子の拡散が拡
散防止層Ｐ３，Ｐ４によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ２
と拡散防止層Ｐ３，Ｐ４との界面が乱れることを防止で
きる。
【０２５１】すなわち、本発明では、鏡面反射層Ｓ２と
拡散防止層Ｐ３との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。
拡散防止層Ｐ３との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。
【０２５２】さらに、非磁性中間層３７ｂを介した第１
フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃと強磁性材料層３
７ａ４との反強磁性的な結合を確実にすることで安定し
たフェリ磁性状態とすることができ、外部磁界の検出感
度をより高くすることができる。
フリー磁性層（強磁性材料層）３７ｃと強磁性材料層３
７ａ４との反強磁性的な結合を確実にすることで安定し
たフェリ磁性状態とすることができ、外部磁界の検出感
度をより高くすることができる。
【０２５３】図１３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。
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。
【０２５４】図１３では、下地層３２、シード層３３、
反強磁性層３４、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層
３５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ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、非磁性中間層３７ｂ、第１フ
リー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー
型のフリー磁性層３７、バックド層３８、保護層３９が
積層された多層膜Ｔ４が形成されている。
反強磁性層３４、第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層
３５ｂ、第２固定磁性層３５ｃ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、非磁性中間層３７ｂ、第１フ
リー磁性層３７ｃからなるシンセティックフェリフリー
型のフリー磁性層３７、バックド層３８、保護層３９が
積層された多層膜Ｔ４が形成されている。
【０２５５】本実施の形態の磁気検出素子は図１に示さ
れた磁気検出素子と同様に、固定磁性層３５が、強磁性
材料により形成される第１固定磁性層３５ａ及び第２固
定磁性層３５ｃ、非磁性材料により形成される非磁性中
間層３５ｂからなっており、さらに、第２固定磁性層３
５ｃは、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材料層３５
ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２、鏡面反射層Ｓ１、及び強
磁性散乱層３５ｃ２から構成されている。
れた磁気検出素子と同様に、固定磁性層３５が、強磁性
材料により形成される第１固定磁性層３５ａ及び第２固
定磁性層３５ｃ、非磁性材料により形成される非磁性中
間層３５ｂからなっており、さらに、第２固定磁性層３
５ｃは、非磁性中間層３５ｂに接する強磁性材料層３５
ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２、鏡面反射層Ｓ１、及び強
磁性散乱層３５ｃ２から構成されている。
【０２５６】第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３５
ｂ、第２固定磁性層３５ｃ（強磁性材料層３５ｃ１、拡
散防止層Ｐ１，Ｐ２、鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱
層３５ｃ２）の材料は、図１に示された磁気検出素子と
同じであるので説明を省略する。
ｂ、第２固定磁性層３５ｃ（強磁性材料層３５ｃ１、拡
散防止層Ｐ１，Ｐ２、鏡面反射層Ｓ１、及び強磁性散乱
層３５ｃ２）の材料は、図１に示された磁気検出素子と
同じであるので説明を省略する。
【０２５７】多層膜Ｔ４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。
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。
【０２５８】なお、下部シールド層３０、下部ギャップ
層３１、下地層３２、シード層３３、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
及び上部ギャップ層４４は、図１の磁気検出素子と同等
の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上
部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない
上部シールド層が形成されている。
層３１、下地層３２、シード層３３、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
及び上部ギャップ層４４は、図１の磁気検出素子と同等
の構成及び材質であるので、説明を省略する。また、上
部ギャップ層４４上には、磁性材料からなる図示しない
上部シールド層が形成されている。
【０２５９】図１３に示される本実施の形態の磁気検出
素子は、第１フリー磁性層３７ｃ上に、第２の反強磁性
層５０が積層され、第１フリー磁性層３７ｃの磁化が、
第２の反強磁性層５０との間の交換異方性磁界によって
Ｘ方向に揃えられる、いわゆるエクスチェンジバイアス
方式の磁気検出素子である。
素子は、第１フリー磁性層３７ｃ上に、第２の反強磁性
層５０が積層され、第１フリー磁性層３７ｃの磁化が、
第２の反強磁性層５０との間の交換異方性磁界によって
Ｘ方向に揃えられる、いわゆるエクスチェンジバイアス
方式の磁気検出素子である。
【０２６０】第１フリー磁性層３７ｃの磁化方向が図示
Ｘ方向を向くと、第２フリー磁性層３７ａは磁化方向が
反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７
全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
Ｘ方向を向くと、第２フリー磁性層３７ａは磁化方向が
反平行となるフェリ磁性状態となり、フリー磁性層３７
全体の磁化方向が一定方向に揃えられる。
【０２６１】このように、本実施の形態でもフリー磁性
層３７はシンセティックフェリフリー状態になってい
る。
層３７はシンセティックフェリフリー状態になってい
る。
【０２６２】また、固定磁性層３５全体の磁化方向は、
反強磁性層３４との間の交換異方性磁界によって図示Ｙ
方向にそろえられている。
反強磁性層３４との間の交換異方性磁界によって図示Ｙ
方向にそろえられている。
【０２６３】第２反強磁性層５０，５０は、ＰｔＭｎ合
金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、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、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１または
２種以上の元素である）合金で形成する。
金、または、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒ
ｈ、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、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのいずれか１または
２種以上の元素である）合金で形成する。
【０２６４】第２反強磁性層５０，５０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、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。さらに、前記Ｐｔ−Ｍ
ｎ−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、ＮｉＦｅ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。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。
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、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。さらに、前記Ｐｔ−Ｍ
ｎ−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、ＮｉＦｅ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。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。
【０２６５】第２反強磁性層５０，５０上には、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｗ、Ａｕなどによって形成される電極層５１が形
成される。
Ｃｒ、Ｗ、Ａｕなどによって形成される電極層５１が形
成される。
【０２６６】なお、第２反強磁性層５０，５０間の間隔
寸法がトラック幅寸法Ｔｗに対応する。
寸法がトラック幅寸法Ｔｗに対応する。
【０２６７】本実施の形態の磁気検出素子では、磁気検
出素子の形成時に設定されたトラック幅（光学的トラッ
ク幅）Ｔｗの領域に不感領域が生じないので、高記録密
度化に対応するために磁気検出素子の光学的トラック幅
Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑える
ことができる。
出素子の形成時に設定されたトラック幅（光学的トラッ
ク幅）Ｔｗの領域に不感領域が生じないので、高記録密
度化に対応するために磁気検出素子の光学的トラック幅
Ｔｗを小さくしていった場合の再生出力の低下を抑える
ことができる。
【０２６８】さらに、本実施の形態では磁気検出素子の
側端面Ｓ，Ｓがトラック幅方向に対して垂直となるよう
に形成されることが可能なので、フリー磁性層３７のト
ラック幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
側端面Ｓ，Ｓがトラック幅方向に対して垂直となるよう
に形成されることが可能なので、フリー磁性層３７のト
ラック幅方向長さのバラつきを抑えることができる。
【０２６９】第１フリー磁性層３７ｃ上であって、第２
反強磁性層５０，５０にはさまれる領域には、バックド
層３８及び保護層３９が順次積層されている。
反強磁性層５０，５０にはさまれる領域には、バックド
層３８及び保護層３９が順次積層されている。
【０２７０】バックド層３８は図１に示されたバックド
層３８と同様の材料を用いて形成され、バックド層３８
と同様にスピンフィルター効果を有する。
層３８と同様の材料を用いて形成され、バックド層３８
と同様にスピンフィルター効果を有する。
【０２７１】図１３に示される磁気検出素子でも、鏡面
反射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ
１，Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止
層Ｐ１，Ｐ２との界面が乱れることを抑止できる。すな
わち、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面付近に
おいて電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキ
ュラー効果を向上させることができる。
反射層Ｓ１に含まれる酸素原子の拡散が拡散防止層Ｐ
１，Ｐ２によって抑えられ、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止
層Ｐ１，Ｐ２との界面が乱れることを抑止できる。すな
わち、鏡面反射層Ｓ１と拡散防止層Ｐ２との界面付近に
おいて電子にスピン状態を保存する散乱をさせるスペキ
ュラー効果を向上させることができる。
【０２７２】なお、図１から図１３に示された本発明の
実施の形態の磁気検出素子において、鏡面反射層Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３を強磁性材料である、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−
Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、
Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎ
のうち少なくとも一種以上である）の組成式で示される
材料から選択されるいずれか１種または２種以上を用い
て形成した。
実施の形態の磁気検出素子において、鏡面反射層Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３を強磁性材料である、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−
Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、
Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎ
のうち少なくとも一種以上である）の組成式で示される
材料から選択されるいずれか１種または２種以上を用い
て形成した。
【０２７３】ただし、鏡面反射層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をＡ
ｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上の
元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）などの絶
縁酸化物によって形成してもよい。この場合、鏡面反射
層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の上下に積層される強磁性材料から
なる層は、反強磁性的に結合して、磁化方向が反平行に
なる。
ｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上の
元素）、Ｒ−Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍ
ｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗから選択される一種以上）などの絶
縁酸化物によって形成してもよい。この場合、鏡面反射
層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の上下に積層される強磁性材料から
なる層は、反強磁性的に結合して、磁化方向が反平行に
なる。
【０２７４】また、鏡面反射層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をα−
Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯなどの反強磁性材料によって形成して
もよい。
Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯなどの反強磁性材料によって形成して
もよい。
【０２７５】ただし、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ
４，Ｐ５を形成する材料は、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３を形成する材料から酸素を除いた組成を有する材料よ
り酸化しにくいことが必要である。
４，Ｐ５を形成する材料は、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３を形成する材料から酸素を除いた組成を有する材料よ
り酸化しにくいことが必要である。
【０２７６】拡散防止層Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５
を形成する材料によって拡散防止膜を形成し、この拡散
防止膜を常温または加熱雰囲気に曝して酸化させたとき
前記拡散防止膜の表面に形成される酸化層の厚さを測定
し、また、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成する材料
から酸素を除いた組成を有する材料によって薄膜を形成
し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させて前記薄膜の表
面に形成される酸化層の厚さを測定する。
を形成する材料によって拡散防止膜を形成し、この拡散
防止膜を常温または加熱雰囲気に曝して酸化させたとき
前記拡散防止膜の表面に形成される酸化層の厚さを測定
し、また、鏡面反射層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を形成する材料
から酸素を除いた組成を有する材料によって薄膜を形成
し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させて前記薄膜の表
面に形成される酸化層の厚さを測定する。
【０２７７】その結果、前記拡散防止膜の表面に形成さ
れる酸化層の厚さが、前記薄膜の表面に形成される酸化
層の厚さより小さくなるように、拡散防止層Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を形成する材料及び鏡面反射層Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３を形成する材料を選択する。
れる酸化層の厚さが、前記薄膜の表面に形成される酸化
層の厚さより小さくなるように、拡散防止層Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５を形成する材料及び鏡面反射層Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３を形成する材料を選択する。
【０２７８】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。図１４に示されるように下部ギャップ
３１上に下地層３２及びシード層３３を介して反強磁性
層３４を積層する。さらに第１固定磁性層３５ａ、非磁
性中間層３５ｂ、強磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ
１をスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによっ
て、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
ついて説明する。図１４に示されるように下部ギャップ
３１上に下地層３２及びシード層３３を介して反強磁性
層３４を積層する。さらに第１固定磁性層３５ａ、非磁
性中間層３５ｂ、強磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ
１をスパッタ法や蒸着法などの薄膜形成プロセスによっ
て、同一真空成膜装置中で連続成膜する。
【０２７９】次に、拡散防止層Ｐ１上に、組成式がＣｏ
Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上を用いて鏡面反射層Ｓ１を成膜する。
Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上を用いて鏡面反射層Ｓ１を成膜する。
【０２８０】鏡面反射層Ｓ１を、例えばＣｏ−Ｆｅ−Ｏ
を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＣ
ｏＦｅで形成されたターゲットを使用する。前記ターゲ
ットにはＯ（酸素）が含まれていないので、スパッタで
形成される鏡面反射層Ｓ１内に酸素を含有させるため
に、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ2ガスを導入
し、反応性スパッタ法によってＣｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を成膜
する。
を用いて形成するときには、例えばターゲットとしてＣ
ｏＦｅで形成されたターゲットを使用する。前記ターゲ
ットにはＯ（酸素）が含まれていないので、スパッタで
形成される鏡面反射層Ｓ１内に酸素を含有させるため
に、スパッタ装置内にＡｒガス以外にＯ2ガスを導入
し、反応性スパッタ法によってＣｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を成膜
する。
【０２８１】この製造方法ではＣｏ−Ｆｅ−Ｏターゲッ
ト形成のとき、Ｆｅの含有量をＣｏの含有量との比のみ
で調整することができる。
ト形成のとき、Ｆｅの含有量をＣｏの含有量との比のみ
で調整することができる。
【０２８２】また本発明では上記した製造方法に限ら
ず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整さ
れたＣｏ−Ｆｅ−Ｏからなる焼結ターゲットを形成して
もよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガス
のみでもよいし、あるいはＯ2ガスを導入して、Ｏの組
成比を適切に調整してもよい。
ず、ターゲットとして予め組成比が所定範囲内に調整さ
れたＣｏ−Ｆｅ−Ｏからなる焼結ターゲットを形成して
もよい。この場合、導入ガスとしては不活性なＡｒガス
のみでもよいし、あるいはＯ2ガスを導入して、Ｏの組
成比を適切に調整してもよい。
【０２８３】または、Ｆｅの含有量をＣｏの含有量との
比で調整したＣｏ−Ｆｅターゲットを形成し、ＤＣスパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法（ＩＢＤ法）などのス
パッタ法または蒸着法によって、拡散防止層Ｐ１上にＣ
ｏ−Ｆｅ膜を成膜し、このＣｏ−Ｆｅ膜を酸化させてＣ
ｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を得ることもできる。
比で調整したＣｏ−Ｆｅターゲットを形成し、ＤＣスパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法（ＩＢＤ法）などのス
パッタ法または蒸着法によって、拡散防止層Ｐ１上にＣ
ｏ−Ｆｅ膜を成膜し、このＣｏ−Ｆｅ膜を酸化させてＣ
ｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を得ることもできる。
【０２８４】Ｃｏ−Ｆｅ膜を酸化させる方法として、Ｏ
2ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ2プラズマ中で酸化さ
せる方法、Ｏ2プラズマ中からＯ2ラジカルを引出し、こ
のＯ 2ラジカル中で酸化させる方法、やイオンアシスト
酸化法（Ｉｏｎ Ａｓｉｓｉｔ Ｏｘｄａｔｉｏｎ）を
使用することができる。
2ガス中で自然酸化させる方法、Ｏ2プラズマ中で酸化さ
せる方法、Ｏ2プラズマ中からＯ2ラジカルを引出し、こ
のＯ 2ラジカル中で酸化させる方法、やイオンアシスト
酸化法（Ｉｏｎ Ａｓｉｓｉｔ Ｏｘｄａｔｉｏｎ）を
使用することができる。
【０２８５】特に、Ｏ2ラジカル中で酸化させる方法は
酸化速度を適切に調節することが容易であり、Ｃｏ−Ｆ
ｅ膜を均一に酸化させることが容易になるので好まし
い。
酸化速度を適切に調節することが容易であり、Ｃｏ−Ｆ
ｅ膜を均一に酸化させることが容易になるので好まし
い。
【０２８６】Ｃｏ−Ｆｅ膜を酸化させてＣｏ−Ｆｅ−Ｏ
膜を得る方法では、Ｃｏ−Ｆｅターゲット形成のとき、
Ｆｅの含有量をＣｏの含有量との比のみで調整すること
ができる。
膜を得る方法では、Ｃｏ−Ｆｅターゲット形成のとき、
Ｆｅの含有量をＣｏの含有量との比のみで調整すること
ができる。
【０２８７】あるいは、気相成長法（ＣＶＤ法）によっ
て、例えば、ＡＬ−ＣＶＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ
ＣＶＤ）法によって、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を成膜するこ
ともできる。
て、例えば、ＡＬ−ＣＶＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ
ＣＶＤ）法によって、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ膜を成膜するこ
ともできる。
【０２８８】鏡面反射層Ｓ１をＣｏ−Ｆｅ−Ｏ以外のＣ
ｏＯ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍ
は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、
Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）の組成式で示さ
れる材料を用いて形成するときにも、同様の方法を用い
ることができる。
ｏＯ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍ
は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、
Ｚｎのうち少なくとも一種以上である）の組成式で示さ
れる材料を用いて形成するときにも、同様の方法を用い
ることができる。
【０２８９】さらに、鏡面反射層Ｓ１上に、拡散防止層
Ｐ２、強磁性散乱層３５ｃ２を積層してシンセティック
フェリピンド型の固定磁性層３５を形成し、さらに非磁
性材料層３６、第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層
３７ｂ、第１フリー磁性層３７ｃからなるシンセティッ
クフェリフリー型のフリー磁性層３７、バックド層３
８、保護層３９を積層することにより多層膜Ｔ１を形成
する。
Ｐ２、強磁性散乱層３５ｃ２を積層してシンセティック
フェリピンド型の固定磁性層３５を形成し、さらに非磁
性材料層３６、第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層
３７ｂ、第１フリー磁性層３７ｃからなるシンセティッ
クフェリフリー型のフリー磁性層３７、バックド層３
８、保護層３９を積層することにより多層膜Ｔ１を形成
する。
【０２９０】多層膜Ｔ１の形成後、多層膜Ｔ１を磁場中
熱処理にかけて、反強磁性層３４と固定磁性層３５との
間に交換異方性磁界を生じさせる。
熱処理にかけて、反強磁性層３４と固定磁性層３５との
間に交換異方性磁界を生じさせる。
【０２９１】次に、形成する磁気検出素子の光学トラッ
ク幅の領域を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を、多
層膜Ｔ１上にパターン形成する。
ク幅の領域を覆うリフトオフ用のレジスト層Ｒ１を、多
層膜Ｔ１上にパターン形成する。
【０２９２】図１５に示すように、レジスト層Ｒ１に
は、その下面に切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａが形成されて
いる。
は、その下面に切り込み部Ｒ１ａ，Ｒ１ａが形成されて
いる。
【０２９３】次に図１６に示す工程では、エッチングに
より多層膜Ｔ１の両側を削り込む。本工程では、エッチ
ングレート及びエッチング時間を制御し、反強磁性層３
４の側面を完全に削り取らず延出部３４ａが形成される
ようにしている。
より多層膜Ｔ１の両側を削り込む。本工程では、エッチ
ングレート及びエッチング時間を制御し、反強磁性層３
４の側面を完全に削り取らず延出部３４ａが形成される
ようにしている。
【０２９４】さらに図１７に示す工程では、多層膜Ｔ１
の両側に、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４
１、中間層４２、電極層４３を成膜する。本実施の形態
では、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中
間層４２、電極層４３を下部ギャップ層３２の膜面垂直
方向（多層膜Ｔ１が形成される図示しない基板の面垂直
方向）からスパッタ粒子を入射させた。
の両側に、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４
１、中間層４２、電極層４３を成膜する。本実施の形態
では、バイアス下地層４０、ハードバイアス層４１、中
間層４２、電極層４３を下部ギャップ層３２の膜面垂直
方向（多層膜Ｔ１が形成される図示しない基板の面垂直
方向）からスパッタ粒子を入射させた。
【０２９５】本実施の形態では、ハードバイアス層４１
は多層膜Ｔ１と対向する側の側面４１ａの最上部４１ｂ
が第２フリー磁性層３７ａの上面３７Ａと重なる高さ位
置に形成される。ただし、ハードバイアス層４１の側面
４１ａが、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の
側面、第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、
及び第１フリー磁性層３７ｃの側面と対向するようにし
てもよい。
は多層膜Ｔ１と対向する側の側面４１ａの最上部４１ｂ
が第２フリー磁性層３７ａの上面３７Ａと重なる高さ位
置に形成される。ただし、ハードバイアス層４１の側面
４１ａが、固定磁性層３５の側面、非磁性材料層３６の
側面、第２フリー磁性層３７ａ、非磁性中間層３７ｂ、
及び第１フリー磁性層３７ｃの側面と対向するようにし
てもよい。
【０２９６】本実施の形態では、ハードバイアス層４１
は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２フリー磁性層３７ａ
に与える。従って、ハードバイアス層４０から発生する
図示Ｘ方向の静磁界によって、第１フリー磁性層３７ｃ
の磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑
えることができる。
は図示Ｘ方向の静磁界を、主に第２フリー磁性層３７ａ
に与える。従って、ハードバイアス層４０から発生する
図示Ｘ方向の静磁界によって、第１フリー磁性層３７ｃ
の磁化方向（図示Ｘ方向と逆向き）が乱されることを抑
えることができる。
【０２９７】さらに、レジスト層Ｒ１が除去され、多層
膜Ｔ１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（図示せず）が形成され、この上部シールド層が、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
ことにより第１の実施の形態の磁気検出素子が形成され
る。
膜Ｔ１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（図示せず）が形成され、この上部シールド層が、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
ことにより第１の実施の形態の磁気検出素子が形成され
る。
【０２９８】なお、下部シールド層３０、下部ギャップ
層３１、下地層３２、シード層３３反強磁性層３４、固
定磁性層３５（第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、強磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２、
鏡面反射層Ｓ１、強磁性散乱層３５ｃ２）、非磁性材料
層３６、フリー磁性層３７（第２フリー磁性層３７ａ、
非磁性中間層３７ｂ、第１フリー磁性層３７ｃ）、バッ
クド層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハード
バイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギ
ャップ層４４は、前述した材料を用いて形成する。な
お、上述した本発明の実施の形態では、固定磁性層３５
中、フリー磁性層３７中、またはフリー磁性層３７の非
磁性材料層３６に接する面と反対側に対向する領域中の
うち、いずれか１箇所に絶縁酸化物からなる鏡面反射層
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が形成されるものを示したが、固定磁
性層３５中、フリー磁性層３７中、またはフリー磁性層
３７の非磁性材料層３６に接する面と反対側に対向する
領域中のうち、２箇所以上に鏡面反射層を形成してもよ
い。
層３１、下地層３２、シード層３３反強磁性層３４、固
定磁性層３５（第１固定磁性層３５ａ、非磁性中間層３
５ｂ、強磁性材料層３５ｃ１、拡散防止層Ｐ１，Ｐ２、
鏡面反射層Ｓ１、強磁性散乱層３５ｃ２）、非磁性材料
層３６、フリー磁性層３７（第２フリー磁性層３７ａ、
非磁性中間層３７ｂ、第１フリー磁性層３７ｃ）、バッ
クド層３８、保護層３９、バイアス下地層４０、ハード
バイアス層４１、中間層４２、電極層４３、及び上部ギ
ャップ層４４は、前述した材料を用いて形成する。な
お、上述した本発明の実施の形態では、固定磁性層３５
中、フリー磁性層３７中、またはフリー磁性層３７の非
磁性材料層３６に接する面と反対側に対向する領域中の
うち、いずれか１箇所に絶縁酸化物からなる鏡面反射層
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が形成されるものを示したが、固定磁
性層３５中、フリー磁性層３７中、またはフリー磁性層
３７の非磁性材料層３６に接する面と反対側に対向する
領域中のうち、２箇所以上に鏡面反射層を形成してもよ
い。
【０２９９】
【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によれば、前
記鏡面反射層を形成する材料から酸素を除いた組成を有
する材料よりも酸化しにくい材料からなる前記拡散防止
層を前記鏡面反射層の上面または下面の少なくとも一方
に接するように積層する。従って、前記鏡面反射層に含
まれる酸素原子の拡散が前記拡散防止層によって抑えら
れ、前記鏡面反射層の界面が乱れることを防止できる。
記鏡面反射層を形成する材料から酸素を除いた組成を有
する材料よりも酸化しにくい材料からなる前記拡散防止
層を前記鏡面反射層の上面または下面の少なくとも一方
に接するように積層する。従って、前記鏡面反射層に含
まれる酸素原子の拡散が前記拡散防止層によって抑えら
れ、前記鏡面反射層の界面が乱れることを防止できる。
【０３００】すなわち、本発明では、前記鏡面反射層と
前記拡散防止層との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。また、前記固定磁性層や前記フリー磁性
層の強磁性特性の不安定化を抑えることができる。
前記拡散防止層との界面付近において電子にスピン状態
を保存する散乱をさせるスペキュラー効果を向上させる
ことができる。また、前記固定磁性層や前記フリー磁性
層の強磁性特性の不安定化を抑えることができる。
【０３０１】また、前記拡散防止層よりも電子散乱のス
ピン依存性が大きい材料によって形成され、前記非磁性
材料層に接する強磁性散乱層が形成されると、磁気検出
素子の磁気抵抗変化率が大きくすることができる。
ピン依存性が大きい材料によって形成され、前記非磁性
材料層に接する強磁性散乱層が形成されると、磁気検出
素子の磁気抵抗変化率が大きくすることができる。
【０３０２】また、本発明では、前記固定磁性層や前記
フリー磁性層を、磁気的膜厚の大きさが異なる複数の強
磁性材料層が、非磁性中間層を介して積層され、前記非
磁性中間層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方
向が反平行となるフェリ磁性状態とすることができる。
フリー磁性層を、磁気的膜厚の大きさが異なる複数の強
磁性材料層が、非磁性中間層を介して積層され、前記非
磁性中間層を介して隣接する前記強磁性材料層の磁化方
向が反平行となるフェリ磁性状態とすることができる。
【０３０３】さらに、前記非磁性中間層に接する前記強
磁性材料層と前記鏡面反射層との間に前記拡散防止層が
形成されることにより、前記固定磁性層や前記フリー磁
性層のフェリ磁性状態を安定化できる。
磁性材料層と前記鏡面反射層との間に前記拡散防止層が
形成されることにより、前記固定磁性層や前記フリー磁
性層のフェリ磁性状態を安定化できる。
【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
録媒体との対向面側からみた断面図、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図２】図１に示された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、
用を説明するための模式図、
【図３】図１に示された磁気検出素子のバックド層の作
用を説明するための模式図、
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、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図５】本発明の第３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、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図６】本発明の第４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、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図７】本発明の第５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、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図８】本発明の第６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、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図９】本発明の第７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、
録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１０】本発明の第８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、
記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１１】本発明の第９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、
記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１２】本発明の第１０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、
を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１３】本発明の第１１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、
を記録媒体との対向面側からみた断面図、
【図１４】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一
工程図、
工程図、
【図１５】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一
工程図、
工程図、
【図１６】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一
工程図、
工程図、
【図１７】図１に示された磁気検出素子の製造方法の一
工程図、
工程図、
【図１８】従来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、
からみた断面図、
３２ 下地層 ３シード層 ３４ 反強磁性層 ３５ａ 第１固定磁性層 ３５ｂ 非磁性中間層 ３５ｃ 第２固定磁性層 ３５ 固定磁性層 ３５ｃ１ 強磁性材料層 Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５ 拡散防止層 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 鏡面反射層 ３５ｃ２ 強磁性散乱層 ３６ 非磁性材料層 ３７ａ 第２フリー磁性層 ３７ｂ 非磁性中間層 ３７ｃ 第１フリー磁性層 ３７ フリー磁性層 ３８ バックド層 ３９ 保護層 ４１ ハードバイアス層 ５０ 第２反強磁性層 ４３、５１ 電極層 ｅ１ アップスピン電子 ｅ２ ダウンスピン電子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ
Claims (32)
- 【請求項１】 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性層
との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁性
層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動する
フリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子にお
いて、 前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フ
リー磁性層の前記非磁性材料層に接する面と反対側の面
に対向する領域中のうち、いずれか１箇所あるいは２箇
所以上に絶縁酸化物からなる鏡面反射層が形成され、前
記鏡面反射層の上面または下面の少なくとも一方に接し
て、強磁性材料からなり、前記鏡面反射層に含まれる酸
素の拡散を防止する拡散防止層が形成されていることを
特徴とする磁気検出素子。 - 【請求項２】 前記拡散防止層を形成する材料によって
拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜を常温または加熱
雰囲気に曝して酸化させたとき前記拡散防止膜の表面に
形成される酸化層の厚さが、前記鏡面反射層を形成する
材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄膜を
形成し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させたときに前
記薄膜の表面に形成される酸化層の厚さよりも小さくな
るように前記拡散防止層を形成する材料を選択する請求
項１記載の磁気検出素子。 - 【請求項３】 前記反強磁性層は、前記固定磁性層に接
して積層された後、磁場中熱処理にかけられることによ
って前記固定磁性層との間に交換異方性磁界を生じさせ
る反強磁性材料からなる請求項１または２記載の磁気検
出素子。 - 【請求項４】 前記加熱雰囲気の温度条件は、前記反強
磁性層と前記固定磁性層との間に交換異方性磁界が発生
する温度より高く、前記反強磁性層のブロッキング温度
よりも低い請求項３記載の磁気検出素子。 - 【請求項５】 前記加熱雰囲気の温度条件において、前
記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における活性化
エネルギーは、前記鏡面反射層を形成する材料から酸素
を除いた組成を有する材料の酸化反応における活性化エ
ネルギーよりも大きい請求項４記載の磁気検出素子。 - 【請求項６】 前記加熱雰囲気の温度条件において、前
記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における自由エ
ネルギー変化量は、前記鏡面反射層を形成する材料から
酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における自由
エネルギー変化量より大きい請求項４または５記載の磁
気検出素子。 - 【請求項７】 前記拡散防止層よりも電子散乱のスピン
依存性が大きい材料によって形成され、前記非磁性材料
層に接する強磁性散乱層が形成されている請求項１ない
し６のいずれかに記載の磁気検出素子。 - 【請求項８】 前記拡散防止層がＮｉＦｅまたはＣｏＦ
ｅＮｉによって形成される請求項１ないし７のいずれか
に記載の磁気検出素子。 - 【請求項９】 前記拡散防止層に接する前記強磁性散乱
層がＣｏまたはＣｏＦｅによって形成される請求項７ま
たは８記載の磁気検出素子。 - 【請求項１０】 前記鏡面反射層がＡｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ
−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上の元素）、Ｒ−
Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗから選択される一種以上）、α−Ｆｅ2Ｏ3、Ｎｉ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−
Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上で
ある）の組成式で示される材料から選択されるいずれか
１種または２種以上からなる請求項１ないし９のいずれ
かに記載の磁気検出素子。 - 【請求項１１】 前記固定磁性層は、磁気的膜厚の大き
さが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層を介し
て積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強
磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態で
ある請求項１ないし１０のいずれかに記載の薄膜磁気素
子。 - 【請求項１２】 前記フリー磁性層は、磁気的膜厚の大
きさが異なる複数の強磁性材料層が、非磁性中間層を介
して積層され、前記非磁性中間層を介して隣接する前記
強磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態
である請求項１ないし１１のいずれかに記載の薄膜磁気
素子。 - 【請求項１３】 前記非磁性中間層に接する前記強磁性
材料層と前記鏡面反射層との間に、前記拡散防止層が形
成されている請求項１１または１２に記載の磁気検出素
子。 - 【請求項１４】 前記非磁性中間層に接する前記強磁性
材料層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金で形成
されている請求項１１ないし１３のいずれかに記載の磁
気検出素子。 - 【請求項１５】 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合
金で形成されている請求項１１ないし１４のいずれかに
記載の磁気検出素子。 - 【請求項１６】 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性
層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁
性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動す
るフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子に
おいて、 前記固定磁性層は、前記反強磁性層に接する第１固定磁
性層と、前記第１固定磁性層に非磁性中間層を介して積
層される第２固定磁性層からなるものであり、 前記第２の固定磁性層は、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑ
は、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉから選択される一種以上の元素）、Ｒ−Ｏ（Ｒ
はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ
から選択される一種以上）、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｃ
ｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上からなる鏡面反射層と、 前記非磁性材料層と前記鏡面反射層の間に積層されたＮ
ｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第１強磁性
層と、 前記非磁性材料層と前記第１強磁性層との間に積層され
たＣｏＦｅ合金または、ＣｏＦｅＮｉ合金からなる第２
強磁性層と、 前記鏡面反射層と前記非磁性中間層との間に積層された
ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第３強磁
性層と、 前記非磁性中間層と前記第３強磁性層との間に積層され
たＣｏＦｅ合金または、ＣｏＦｅＮｉ合金からなる第４
強磁性層からなるものであり、 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、
Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金からなり、 前記第１固定磁性層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮ
ｉ合金からなることを特徴とする磁気検出素子。 - 【請求項１７】 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性
層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁
性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動す
るフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子に
おいて、 前記フリー磁性層は、前記非磁性材料層に接する第２フ
リー磁性層と、前記第２フリー磁性層に非磁性中間層を
介して積層される第１フリー磁性層からなるものであ
り、 前記第２フリー磁性層は、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ−Ｏ（Ｑ
は、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉから選択される一種以上の元素）、Ｒ−Ｏ（Ｒ
はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ
から選択される一種以上）、α−Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｃ
ｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−Ｍ−Ｏ
（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓｒ、
Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上であ
る）の組成式で示される材料から選択されるいずれか１
種または２種以上からなる鏡面反射層と、 前記非磁性材料層と前記鏡面反射層の間に積層されたＮ
ｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第１強磁性
層と、 前記非磁性材料層と前記第１強磁性層との間に積層され
たＣｏＦｅ合金または、ＣｏＦｅＮｉ合金からなる第２
強磁性層と、 前記鏡面反射層と前記非磁性中間層との間に積層された
ＮｉＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金からなる第３強磁
性層と、 前記非磁性中間層と前記第３強磁性層との間に積層され
たＣｏＦｅ合金または、ＣｏＦｅＮｉ合金からなる第４
強磁性層からなるものであり、 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、
Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合金からなり、 前記第１フリー磁性層は、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅ
Ｎｉ合金からなることを特徴とする磁気検出素子。 - 【請求項１８】 基板上に、反強磁性層、前記反強磁性
層との交換結合磁界により磁化方向が固定される固定磁
性層、非磁性材料層、及び磁化が外部磁界に対し変動す
るフリー磁性層を有する多層膜を有する磁気検出素子の
製造方法において、 前記固定磁性層中、前記フリー磁性層中、または前記フ
リー磁性層の前記非磁性材料層に接する面と反対側の面
に対向する領域中のうち、いずれか１箇所あるいは２箇
所以上に絶縁酸化物からなる鏡面反射層を形成する工程
と、 前記鏡面反射層の上面または下面の少なくとも一方に接
して、強磁性材料によって、前記鏡面反射層に含まれる
酸素の拡散を防止する拡散防止層を形成する工程を有す
ることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項１９】 前記拡散防止層を形成する材料によっ
て拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜を常温または加
熱雰囲気に曝して酸化させたとき前記拡散防止膜の表面
に形成される酸化層の厚さが、前記鏡面反射層を形成す
る材料から酸素を除いた組成を有する材料によって薄膜
を形成し、この薄膜を同じ温度条件で酸化させたときに
前記薄膜の表面に形成される酸化層の厚さよりも小さく
なるように、前記拡散防止層及び前記鏡面反射層を形成
する材料を選択する請求項１８記載の磁気検出素子の製
造方法。 - 【請求項２０】 前記多層膜の形成後、前記多層膜を磁
場中熱処理にかけて、前記反強磁性層と前記固定磁性層
との間に交換異方性磁界を生じさせる工程を有する請求
項１８または１９に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２１】 前記加熱雰囲気の温度条件は、前記磁
場中熱処理の温度より高く、前記反強磁性層のブロッキ
ング温度よりも低い請求項２０に記載の磁気検出素子の
製造方法。 - 【請求項２２】 前記加熱雰囲気の温度条件において、
前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における活性
化エネルギーが、前記鏡面反射層を形成する材料から酸
素を除いた組成を有する材料の酸化反応における活性化
エネルギーよりも大きくなるようにする請求項２１に記
載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２３】 前記加熱雰囲気の温度条件において、
前記拡散防止層を形成する材料の酸化反応における自由
エネルギー変化量が、前記鏡面反射層を形成する材料か
ら酸素を除いた組成を有する材料の酸化反応における自
由エネルギー変化量より大きくなるようにする請求項２
１または２２に記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２４】 前記拡散防止層よりも電子散乱のスピ
ン依存性が大きい材料を用いて、前記非磁性材料層に接
するように強磁性散乱層を形成する請求項１８ないし２
３のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２５】 前記拡散防止層をＮｉＦｅまたはＣｏ
ＦｅＮｉによって形成する請求項１８ないし２４のいず
れかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２６】 前記強磁性散乱層をＣｏまたはＣｏＦ
ｅによって形成する請求項２４または２５に記載の磁気
検出素子の製造方法。 - 【請求項２７】 前記鏡面反射層をＡｌ2Ｏ3、Ａｌ−Ｑ
−Ｏ（Ｑは、Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される一種以上の元素）、Ｒ−
Ｏ（ＲはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔ
ａ、Ｗから選択される一種以上）、α−Ｆｅ2Ｏ3、Ｎｉ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ｏ、またはＦｅ−
Ｍ−Ｏ（ただし元素Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂａ、Ｓ
ｒ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｕ、Ｚｎのうち少なくとも一種以上で
ある）の組成式で示される材料から選択されるいずれか
１種または２種以上によって形成する請求項１８ないし
２６のいずれかに記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２８】 前記固定磁性層を、磁気的膜厚の大き
さが異なる複数の強磁性材料層を非磁性中間層を介して
積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強磁性
材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態となる
ように形成する請求項１８ないし２７のいずれかに記載
の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項２９】 前記フリー磁性層を、磁気的膜厚の大
きさが異なる複数の強磁性材料層を、非磁性中間層を介
して積層し、前記非磁性中間層を介して隣接する前記強
磁性材料層の磁化方向が反平行となるフェリ磁性状態と
なるように形成する請求項１８ないし２８のいずれかに
記載の磁気検出素子の製造方法。 - 【請求項３０】 前記非磁性中間層に接する前記強磁性
材料層と前記鏡面反射層との間に、前記拡散防止層を形
成する請求項２８または２９に記載の磁気検出素子の製
造方法。 - 【請求項３１】 前記非磁性中間層に接する前記強磁性
材料層を、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＮｉ合金で形成
する請求項２８ないし３０のいずれかに記載の磁気検出
素子の製造方法。 - 【請求項３２】 前記非磁性中間層を、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうち１種あるいは２種以上の合
金で形成する請求項２８ないし３１のいずれかに記載の
磁気検出素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001181203A JP2002374018A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 磁気検出素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001181203A JP2002374018A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 磁気検出素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002374018A true JP2002374018A (ja) | 2002-12-26 |
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ID=19021509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001181203A Withdrawn JP2002374018A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 磁気検出素子及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002374018A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2410121A (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-20 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic sensor with NOL in pinned structure |
| JP2007516604A (ja) * | 2003-05-13 | 2007-06-21 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 複合磁気フリー層を有する磁気エレクトロニクス情報デバイス |
| GB2435346A (en) * | 2004-01-15 | 2007-08-22 | Alps Electric Co Ltd | Magnetic sensor with NOL in pinned structure |
| US7394086B2 (en) | 2003-07-18 | 2008-07-01 | Yamaha Corporation | Magnetic sensor and manufacturing method therefor |
| JP2013149998A (ja) * | 2013-03-12 | 2013-08-01 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001181203A patent/JP2002374018A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
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| US7633132B2 (en) | 2003-07-18 | 2009-12-15 | Yamaha Corporation | Magnetic sensor and manufacturing method therefor |
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| GB2435346B (en) * | 2004-01-15 | 2008-01-02 | Alps Electric Co Ltd | A magnetic sensor |
| GB2410121B (en) * | 2004-01-15 | 2008-01-02 | Alps Electric Co Ltd | A magnetic sensor |
| US7433161B2 (en) | 2004-01-15 | 2008-10-07 | Alps Electric Co., Ltd. | Spin-valve element having fixed layer containing nano-oxide layer |
| JP2013149998A (ja) * | 2013-03-12 | 2013-08-01 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置 |
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