JP2006005286A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に人工フェリ構造の固定磁性層を構成する非磁性中間層の構成を改良して、前記非磁性中間層の上下に隣接する磁性層の磁歪を大きくでき、前記固定磁性層を強固に固定できる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２３を構成する第１磁性層２３ａを第１磁歪増強層２２と接して設けることで、前記第１磁性層２３ａの磁歪定数を増強するのみならず、前記固定磁性層を構成する非磁性中間層２３ｂを、Ｒｕよりも格子定数が大きい、例えばＲｕ−Ｘ合金等で形成することで前記非磁性中間層に接する第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの双方の結晶構造を歪ませ、前記第１磁性層２３ａおよび第２磁性層２３ｃの磁歪定数を大きく出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に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を強固に固定できる磁気検出素子に関する。

従来型の磁気検出素子では、固定磁性層の磁化を例えば２００Å程度の膜厚を有する反強磁性層との間で発生する交換結合磁界を利用して固定する手法が一般的であった。

図１２は従来のＣＰＰ型磁気検出素子の構造を模式化したもので、具体的には、フリー磁性層１の上下に非磁性材料層２，２を介して固定磁性層３，３、及び反強磁性層４，４が設けられた多層膜を有し、その多層膜の上下に電極５，６が設けられている。

ここでＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型とは、前記多層膜の各層の膜面に対し垂直方向に電流が流される構造を言い、一方、ＣＩＰ（current in the plane）型とは、前記多層膜に対して膜面と平行な方向に電流が流される構造を言う。

現在の磁気検出素子は、ＣＩＰ型の磁気検出素子が主流であるが、ＣＰＰ型磁気検出素子は、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べて素子サイズの狭小化によって再生出力を大きく出来るといった利点があると考えられ、ＣＰＰ型磁気検出素子が今後の更なる高記録密度化に対応できる構造と期待されている。

ところで、図１２の構造では、反強磁性層４，４の比抵抗が高く、具体的には２００μΩ・ｃｍ^２程度（あるいはそれ以上）の比抵抗を持つため、電極５，６間に電流を流したときに、前記反強磁性層４，４が発熱源となり、ジュール熱を生じる。そのジュール熱の発生に伴い、隣接する固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１における伝導電子の格子振動によるフォノン散乱やエレクトロマイグレーションが激しくなる。

この結果、ＣＰＰ型磁気検出素子において前記単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を適切に向上させることが出来ないことがわかった。

またＣＩＰ型磁気検出素子においては、前記反強磁性層４，４の存在が、センス電流の分流損失の主な原因となり、記録媒体の高記録密度化に適切に対応するには、上記したセンス電流の分流損失が磁気検出素子の出力向上の妨げとなっていた。

またＣＩＰ型及びＣＰＰ型の双方の磁気検出素子において、非常に膜厚の厚い反強磁性層の存在により、前記多層膜の上下に形成されるシールド層間の距離が大きくなり、記録媒体の高線記録密度化に適切に対応できない構造となっていた。
特開平８−７２３５号公報

上記に挙げた特許文献１に開示された磁気検出素子では、反強磁性層を多層膜内の構成から無くし、固定磁性層の磁化を固定磁性層自体の一軸異方性で固定する方式について開示されている。

しかし特許文献１では、タンタルからなるバッファ層６２を下地として、その上にピン止め強磁性層７０（固定磁性層）を積層しているが、タンタルからなるバッファ層６２を用いると、どのような原理によって前記ピン止め強磁性層７０の磁化を強固に固定できるのか明確な開示がないこと、及びタンタルはアモルファスになりやすいため、実際にタンタルからなるバッファ層６２では、ピン止め強磁性層７０（固定磁性層）を適切に磁化固定できないと考えられること、またタンタルは比抵抗が高く、特許文献１の構造をＣＰＰ型磁気検出素子に置き換えた場合に、前記バッファ層６２が、従来の反強磁性層と同様の発熱源になり伝導電子のスピンに依存しない散乱が生じることによりＧＭＲ効果を適切に向上させることができないと予測されること等の理由により、特許文献１の構成を即座に採用することは出来ない。

また、特許文献１では、バッファ層６２から距離的に離れた強磁性フィルム７４を「自動ピン止め」する工夫はなされておらず、特許文献１の構成では、強磁性フィルム７２と７４とが互いに反平行の磁化を保ちながら外部磁界に対し変動しやすい構成となっている。

また特許文献１において、前記強磁性フィルム７４の固定磁化を強めるために、前記強磁性フィルム７４と銅スペーサ層６３との間の界面構造を、現行から変更することは、ＣＩＰ−ＧＭＲ効果の低下を余儀なくされるため、出来る限り避けたい。

また特許文献１に開示されているように、強磁性フィルム７２と７４間に介在する層７３は、ルテニウム（Ｒｕ）で形成されており、この文献の公開明細書［００３１］欄にも開示されているように前記強磁性フィルム７２と７４は、Ｒｕ反強磁性結合フィルム７３による反強磁性交換結合により磁化が互いに反平行に向けられる。

ところでＲｕ反強磁性結合フィルム７３は、前記強磁性フィルム７２と７４の磁歪を多少大きくする機能を有している。磁歪の増強は、後述するように固定磁性層の一軸異方性を強め、前記固定磁性層の固定磁化を強めることに役立つが、しかし、Ｒｕ反強磁性結合フィルム７３の磁歪増強効果は、さほど大きくないため、特許文献１のようにＴａ（バッファ層６２）／Ｃｏ（強磁性フィルム７２）／Ｒｕ（反強磁性結合フィルム７３）／Ｃｏ（強磁性フィルム７４）という積層構造では、いずれにしてもＣｏで形成された強磁性フィルム７２，７４を強固に磁化固定することはできない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に人工フェリ構造の固定磁性層を構成する非磁性中間層の構成を改良して、前記非磁性中間層の上下に隣接する磁性層の磁歪を大きくでき、前記固定磁性層を強固に固定できる磁気検出素子を提供することを目的としている。

本発明は、
固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とが積層されてい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、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであり、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面には、非磁性金属製の第１磁歪増強層が前記第１磁性層に接して設けられ、
少なくとも一つの前記非磁性中間層の、少なくとも上面側及び／または下面側の格子定数はＲｕよりも大きくなっており、
前記第１磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び非磁性中間層内と前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側に接する磁性層内との少なくとも一部の結晶は、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることを特徴とするものである。

上記発明は、ＣＩＰ（current in the plane）型、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型のどちらの磁気検出素子にも適用可能である。

本発明は、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。

強磁性体膜の磁気異方性磁界を決める要素には、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、及び磁気弾性効果がある。本発明では、このうち固定磁性層の磁化を固定する一軸異方性を決める磁気弾性効果に着目してなされたものである。

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、固定磁性層にかかる応力と固定磁性層の磁歪定数λｓによって規定される。

本発明では、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されているので、応力の対称性がくずれて、前記固定磁性層には、素子高さ方向（ハイト方向；前記対向面に対する法線方向）に引張り応力が働く。本発明では、固定磁性層の磁歪定数λｓ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、固定磁性層の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層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。

本発明では、前記固定磁性層は、複数の磁性を有する磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造である。

前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成された第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面に、非磁性金属製の第１磁歪増強層を前記第１磁性層に接して設ける。前記第１磁性層と前記第１磁歪増強層とは、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で接合され、これによって、前記第１磁性層の結晶構造に歪みを生じさせて前記第１磁性層の磁歪定数λｓを大きくさせている。これにより前記第１磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来る。

ところで、前記非磁性中間層は、従来、Ｒｕの単層構造で形成されるのが一般的であった。非磁性中間層としてＲｕを用いる理由は、前記非磁性中間層を介して形成された磁性層間にＲＫＫＹ相互作用による強い反平行結合を生じさせることができ、前記磁性層の磁化を反平行状態に効果的に維持できること、さらにはＲｕを用いたＲＫＫＹ相互作用による反平行結合は熱的安定性も良好であるため、耐環境性にも優れたものとなっていたからである。

しかし、Ｒｕを用いた非磁性中間層は、第１磁歪増強層に比べて前記磁性層に対する磁歪増強効果が小さく、このため、特に、前記第１磁歪増強層と接していない磁性層は適切に磁歪増強されず、固定磁性層を構成する磁性層全体の磁化を強固に固定することはできなかった。

そこで本発明では、前記非磁性中間層の、少なくとも上面側及び／または下面側の格子定数をＲｕよりも大きくする。これによって、前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側と接する磁性層の結晶構造に歪みを生じさせ前記磁性層の磁歪定数λｓを大きくしている。

本発明において、特に好ましい構成としては、前記固定磁性層は、前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層と、前記非磁性材料層に最も近い位置に形成された第２磁性層と、前記第１磁性層と第２磁性層間に形成された非磁性中間層との３層構造で形成され、
少なくとも前記非磁性中間層は前記第２磁性層と接する面側がＲｕよりも大きい格子定数を有して形成される構造である。

第１磁性層の磁歪は第１磁歪増強層による磁歪増強効果によって大きくなるが、第２磁性層は前記第１磁歪増強層から距離的に離れているため前記第１磁歪増強層による磁歪増強効果が小さい。このため少なくとも非磁性中間層の第２磁性層と接する面側に磁歪増強効果をもたせ、前記第２磁性層の磁歪定数を大きくすることが好ましい。

なお本発明では、固定磁性層を構成する非磁性中間層の構造を改良するものであるため、前記非磁性材料層と固定磁性層（第２磁性層）との界面構造は従来のままであり、ＧＭＲ効果の低下を抑制しながら、適切に前記固定磁性層を強固に磁化固定することが可能である。

また本発明では、前記非磁性中間層の全体がＲｕよりも格子定数の大きい非磁性材料で形成される構造を提供できる。

かかる場合、前記非磁性中間層はＲｕ−Ｘ合金（ただし元素Ｘは、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上）で形成されることが好ましい。

あるいは本発明では、前記非磁性中間層はＲｕで形成されたＲｕ層と、前記Ｒｕ層の上面及び／または下面に形成された、前記Ｒｕよりも格子定数の大きい第２磁歪増強層及び／または第３磁歪増強層との積層構造で形成されてもよい。かかる場合、第２磁歪増強層及び第３磁歪増強層は、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましい。

これにより、非磁性中間層のＲｕよりも格子定数の大きい面側と接する磁性層の結晶構造を適切に歪ませることができ、前記磁性層を強固に磁化固定することが可能になる。

なお前記第２磁歪増強層及び第３磁歪増強層はＲｕ層よりも薄い膜厚で形成されることが好ましい。

前記非磁性中間層は、前記非磁性中間層を介して対向する磁性層間に、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を生じさせ、前記対向する磁性層を適切に反平行状態に磁化することが重要な役割の一つである。このため第２磁歪増強層や第３磁歪増強層をＲｕ層の上面あるいは下面に前記Ｒｕ層よりも薄い膜厚で形成し、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を強く生じさせるとともに、前記反平行結合の熱的安定性を良好に確保することが好ましい。

本発明では、前記第１磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または、少なくとも前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側は、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記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ことが好ましい。

また本発明では、前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または、前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側と接する磁性層は、前記非磁性中間層との界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記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ことが好ましい。

あるいは本発明では、前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または、前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側と接する磁性層は、前記非磁性中間層との界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。

上記のように、固定磁性層を構成する磁性層が、ｆｃｃ構造あるいはｂｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に、{１１１}面あるいは{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであると、前記磁性層を構成する原子と前記第１磁歪増強層や非磁性中間層を構成する原子とが互いに重なりあいやすくなる。

本発明では、固定磁性層を構成する第１磁性層を第１磁歪増強層と接して設けることで、前記第１磁性層の磁歪定数を増強するのみならず、前記固定磁性層を構成する非磁性中間層を、Ｒｕよりも格子定数が大きい、例えばＲｕ−Ｘ合金等で形成することで前記非磁性中間層に接する磁性層の磁歪定数をも大きく出来る。

特に本発明では前記固定磁性層は、第１磁性層と第２磁性層と、その間に介在する非磁性中間層との３層構造で形成し、前記非磁性中間層を上記のようにＲｕよりも大きい格子定数を有するＲｕ−Ｘ合金等で形成することで、前記非磁性中間層と接する面側から前記第１磁性層及び第２磁性層の双方の結晶構造を歪ませて、前記第１磁性層及び第２磁性層の磁歪定数を大きくすることができ、前記固定磁性層を構成する磁性層全体の磁歪定数を大きくすることが出来る。

この結果、より効果的に前記固定磁性層の磁化をハイト方向に固定でき、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層の反転を起きにくくすることも出来るとともに、応力変化があっても、安定した固定磁性層の磁化状態を保持でき、信頼性の高い磁気検出素子を提供できる。

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見た断面図、図４は図１に示す磁気検出素子の部分模式図である。なお図４では本発明の最も特徴的な部分である第１磁歪増強層２２及び非磁性中間層２３ｂが斜線で示されている。

図１、図４に示される磁気検出素子では、磁性材料製の下部シールド層２０上に多層膜Ｔ１が形成されている。

図１、図４に示す実施形態では、多層膜Ｔ１は、下からシードレイヤ２１、第１磁歪増強層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。

前記シードレイヤ２１は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒ、Ｔａなどで形成されている。シードレイヤ２１は、例えば（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2）_60at%Ｃｒ_40at%の膜厚３５Å〜６０Åで形成される。

シードレイヤ２１があると、非磁性金属製の第１磁歪増強層２２の{１１１}配向が良好になる。
第１磁歪増強層２２については、後述する。

固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃが非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。固定磁性層２３は、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。

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〜５０Åである。

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１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。フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜１００Å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人工フェリ構造であってもよい。また前記フリー磁性層２５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の幅寸法でトラック幅Ｔｗが決められる。

保護層２６はＴａやＲｕなどからなり、多層膜Ｔ１の酸化の進行を抑える。保護層２６の膜厚は１０Å〜５０Åである。

図１に示す実施形態では、シードレイヤ２１から保護層２６までの多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。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。

前記絶縁層２７と前記ハードバイアス層２８間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成される。

前記絶縁層２７，２９はＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記多層膜Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２８の上下を絶縁するものである。

なお前記ハードバイアス層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る。

絶縁層２９及び保護層２６上には、磁性材料からなる上部シールド層３０が形成される。図１，図４に示す磁気検出素子の構造はＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型であり、下部シールド層２０及び上部シールド層３０が電極として機能し、前記多層膜Ｔ１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流を流す電流源となっている。

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。一方、固定磁性層２３の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。

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。

本実施の形態の特徴部分について述べる。
図１、図４に示す磁気検出素子では、固定磁性層２３の一軸異方性を決める磁気弾性効果を主に利用して前記固定磁性層２３の磁化を固定している。

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λｓによって規定される。

図２は、図１に示された磁気検出素子を図示上側（図示Ｚ方向と反対方向）からみた平面図である。磁気検出素子の多層膜Ｔ１は一対の絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び絶縁層２９，２９の間に形成されている。なお、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８は、絶縁層２９，２９の下に設けられているので、図２には図示されていない。多層膜Ｔ１と、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び絶縁層２９，２９の周囲は、斜線で示される絶縁層３１によって埋められている。

また、多層膜Ｔ１、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層２９，２９の記録媒体との対向面側の端面Ｆは露出しているか、またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚が２０Å〜５０Å程度の薄い保護層で覆われているだけであり、開放端となっている。

従って、もともと２次元的に等方的であった下部シールド層２０及び上部シールド層３０からの応力が端面Ｆで開放された結果、対称性がくずれて、多層膜Ｔ１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、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層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、絶縁層などが面内方向に延びようとするため、多層膜Ｔ１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。

すなわち、記録媒体との対向面側の端面Ｆが開放されている固定磁性層２３には、ハイト方向（図示Ｙ方向）の引張り応力とトラック幅方向（図示Ｘ方向）の圧縮応力が加えられる。そして、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃは、磁歪定数λｓが正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃ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磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃ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。第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間には、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合が働き、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化は互いに反平行状態で固定される。

本発明では、固定磁性層２３の磁歪定数λｓ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、固定磁性層２３の一軸異方性を大きくするものである。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。

以下、固定磁性層２３の磁歪定数λｓを大きくできる構造について説明すると、図１，図４に示される磁気検出素子の固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａは、固定磁性層２３を構成する磁性層のうちで最も前記非磁性材料層２４から離れた位置に形成されており、前記第１磁性層２３ａの前記非磁性材料層２４側と反対側の面には非磁性金属製の第１磁歪増強層２２が前記第１磁性層２３ａに接して設けられている。これによって、第１磁性層２３ａの特に下面側の結晶構造に歪みを生じさせて第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを大きくさせている。

次に、図１、図４の実施形態では、非磁性中間層２３ｂは、Ｒｕよりも格子定数が大きい非磁性材料で形成されている。

従来、非磁性中間層はＲｕの単層構造で形成されるのが、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を強くできること、及び前記ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合の熱的安定性を良好にできること等の理由により、一般的であった。

しかし、Ｒｕで形成された非磁性中間層の格子定数は、第１磁性層２３ａや第２磁性層２３ｃの格子定数と比較的近く（下記に説明するミスマッチ値が約８％程度）、Ｒｕで形成された非磁性中間層と接する前記第１磁性層２３ａの上面側及び第２磁性層２３ｃの下面側の結晶構造をあまり歪ませることはできず、Ｒｕで形成された非磁性中間層の磁歪増強効果は第１磁歪増強層２２ほど強いものではなかった。また非磁性中間層自体が７〜９Åに非常に薄いために格子のミスマッチが存在しても非磁性中間層の方のみが変形しやすく格子歪が大きくなり磁性層の格子歪を大きく出来なかった。このため、比較的大きなミスマッチが好ましかった。

そこで本発明では、前記非磁性中間層２３ｂをＲｕよりも格子定数が大きい非磁性材料で形成することにより、前記非磁性中間層２３ｂの下面と接する第１磁性層２３ａの上面側及び、第２磁性層２３ｃの下面側の結晶構造を適切に歪ませ、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの双方の磁歪を大きくできる構造を提供する。

前記第１磁歪増強層２２、非磁性中間層２３ｂ及び、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃは、すべて面心立方格子（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していることが結晶性を良好にできて好ましい。なお前記非磁性中間層２３ｂは、六方稠密（ｈｃｐ）構造であってもよい。その場合は、Ｃ面（{０００１}面）が優先配向していることが必要である。ｈｃｐの｛０００１｝面は最稠密面であり、ｆｃｃの｛１１１｝面と同じ原子配列になっている。

上記の場合、第１磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、第１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）、及び非磁性中間層２３ｂの{１１１}面内のまたは、ｈｃｐ構造の場合は｛０００１｝面内の最近接原子間距離と、前記第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、前記第１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）、さらには非磁性中間層２３ｂの{１１１}面内のまたは、ｈｃｐ構造の場合は｛０００１｝面内の最近接原子間距離と、前記第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、前記第２磁性層２３ｃ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以上で０．２０以下にすることが好ましい。

本実施の形態の磁気検出素子では、図３に模式的に示すように、第１磁歪増強層２２を構成する原子と第１磁性層２３ａの下面側の原子、及び非磁性中間層２３ｂを構成する原子と第１磁性層２３ａの上面側の原子、及び非磁性中間層２３ｂを構成する原子と第２磁性層２３ｃの下面側の原子が互いに重なり合いつつも、界面付近で結晶構造に歪みが生じている状態になる。

図３において符号Ｎ１は第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離を示しており、符号Ｎ２は第１磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。また符号Ｎ３は、非磁性中間層２３ｂのｆｃｃ{１１１}面内の、またはｈｃｐ｛０００１｝面内の最近接原子間距離を示しており、符号Ｎ４は第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及びＮ４は、第１磁歪増強層２２と第１磁性層２３ａの界面、及び非磁性中間層２３ｂと第１磁性層２３ａとの界面、及び非磁性中間層２３ｂと第２磁性層２３ｃとの界面から離れた歪みの影響の少ないところで測定する。

図３のように第１磁歪増強層２２内と前記第１磁性層２３ａの下面側との少なくとも一部の結晶及び、非磁性中間層２３ｂ内と前記第１磁性層２３ａの上面側との少なくとも一部の結晶、さらには、非磁性中間層２３ｂ内と前記第２磁性層２３ｃの下面側との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルな状態で結晶成長し、その結果、前記第１磁性層２３ａについては少なくとも上下面付近の結晶構造に、及び第２磁性層２３ｃについては少なくとも下面付近の結晶構造に歪みが生じ、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを大きくすることができる。

なお、本発明では、第１磁性層２３ａと第１磁歪増強層２２の界面付近で、第１磁性層２３ａを構成する原子と、第１磁歪増強層２２を構成する原子の大部分が、及び、第１磁性層２３ａと非磁性中間層２３ｂの界面付近で、第１磁性層２３ａを構成する原子と、非磁性中間層２３ｂを構成する原子の大部分が、さらには第２磁性層２３ｃと非磁性中間層２３ｂの界面付近で、第２磁性層２３ｃを構成する原子と、非磁性中間層２３ｂを構成する原子の大部分が、互いに重なり合う整合状態になっていればよい。例えば、図３に模式的に示すように、一部に、第１磁性層２３ａを構成する原子と、第１磁歪増強層２２を構成する原子、及び第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃを構成する原子と、非磁性中間層２３ｂを構成する原子が、重なり合わない領域があってもよい。また、多結晶体を構成するうちの一部の少数の結晶粒は非エピタキシャルな非整合状態であってもよい。

上記のように固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁歪定数を大きくできる結果、より効果的に前記固定磁性層２３の磁化をハイト方向に固定でき、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層２３の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層２３の反転を起きにくくすることも出来るとともに、応力変化があっても、安定した固定磁性層２３の磁化状態を保持でき、信頼性の高い磁気検出素子を提供できる。

ところで図１，図４に示す磁気検出素子では、前記非磁性中間層２３ｂは、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果のみならず、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間にＲＫＫＹ相互作用による強い反平行結合を生じさせて、前記第１磁性層２３ａと前記第２磁性層２３ｃとを互いに反平行状態に磁化させる必要がある。またＲＫＫＹ相互作用による反平行結合は熱的安定性に優れたものでなければならない。

本発明では、前記非磁性中間層２３ｂは、Ｒｕ−Ｘ合金（ただし元素Ｘは、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上）で形成されることが好ましい。このとき、Ｒｕの組成比は全体の５０ａｔ％以上を占めることが好ましい。前記Ｘ元素は、単体でも前記第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間に、ＲＫＫＹ相互作用による比較的強い反平行結合を生じさせることができるが、熱的安定性が悪く、例えば磁気ヘッドの製造に必要な２５０℃程度の環境下では第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃとの間で層間相互拡散を起こし、前記第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化を適切に反平行状態に維持しておくことが出来ない。

またＲｕ−Ｘ合金のＲｕ組成比の上限値は、９５ａｔ％であることが好ましい。Ｒｕ組成比が９５ａｔ％以上になるとＸ元素の添加量が５ａｔ％以下になり、Ｘ元素を添加したことによる格子定数の拡大効果がほとんど得られなくなり、具体的には、上記したミスマッチ値を０．０８以上で０．２０以下の範囲内に収めることができなくなる。

このように、前記非磁性中間層２３ｂはＲｕを主成分として構成することが好ましい。そして、Ｒｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂは、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を最も強くできる膜厚で形成されることが必要である。Ｒｕの組成比にもよるが、Ｒｕ組成比が５０ａｔ％以上で９５ａｔ％の範囲内（残部の組成比が元素Ｘの組成比）であるとき、前記非磁性中間層２３ｂの膜厚を５Å〜１０Åの範囲内に設定すると、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を適切に強くできる。

なお当然に、Ｒｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂは、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃを構成する磁性材料よりも大きい格子定数を有していなければならない。

第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃは、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）、または組成式がＣｏ_２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成される。

Ｒｕ−Ｘ合金で形成された前記非磁性中間層２３ｂは、上記材質で形成された第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有し、具体的には、上記したように第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃとのミスマッチ値を０．０８以上で０．２０以下の範囲内に収めることが可能である。

なお図１及び図４に示すＣＰＰ型磁気検出素子においては、ＧＭＲ効果にスピン依存バルク散乱が非常に重要な役割を演じている。そのためＧＭＲ効果に寄与する第２磁性層２３ｃのスピン依存バルク散乱係数（β値）は正の値であることが好ましいが、本発明では、上記した材質で第２磁性層２３ｃを形成することで、前記第２磁性層２３ｃのスピン依存バルク散乱係数（β値）を正の値に出来る。

スピン依存バルク散乱係数（β値）について、もう少し説明すると、スピン依存バルク散乱係数（β値）には、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）なる関係式が成り立っており、ρ↓は伝導電子のうちダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値である。

前記スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値であると、ρ↓／ρ↑は１よりも大きくなる。すなわちρ↓＞ρ↑なる関係を満たすから、強磁性層内を前記ダウンスピンの伝導電子は流れ難くあるいはシャットアウトされて前記ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長は短くなり（絶縁的な挙動を示す）、一方、アップスピンの伝導電子は流れやすくなり前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長は延び（金属的な挙動を示す）、前記アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長の差は大きくなる。

ＣＰＰ型磁気検出素子において、ＧＭＲ効果の向上に重要な単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）は、アップスピン及びダウンスピンの伝導電子の各スピン拡散長の差に対して正の相関を示すため、前記スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値で且つβ値が大きい磁性材料を第２磁性層２３ｃに選択することによりアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子のスピン拡散長の差を大きくできこの結果、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を増大でき、高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが出来るのである。

ところで図１及び図４に示す磁気検出素子では、非磁性中間層２３ｂ全体が、Ｒｕよりも格子定数が大きいＲｕ−Ｘ合金で形成された構成となっていたが、本発明の他の構成として図７あるいは図８に示す構成のものも提示できる。

図７及び図８はいずれも磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面の部分模式図である。

図７及び図８に示す磁気検出素子と、図１及び図４に示す磁気検出素子とを比較すると、固定磁性層２３を構成する非磁性中間層２３ｂの形態が異なっている。

図７に示す実施形態では、前記固定磁性層２３を構成する非磁性中間層２３ｂは、Ｒｕで形成されたＲｕ層２３ｂ２と、前記Ｒｕ層２３ｂ２の上面側に形成されたＲｕよりも格子定数が大きい第２磁歪増強層２３ｂ３と、前記Ｒｕ層２３ｂ２の下面側に形成されたＲｕよりも格子定数が大きい第３磁歪増強層２３ｂ１との積層構造で形成されている。

前記第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１は、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上の元素で形成されることが好ましい。これらの元素で形成された磁歪増強層は、Ｒｕ層２３ｂ２よりも大きい格子定数を有する。

前記非磁性中間層２３ｂの第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果は、特に前記磁性層２３ａ，２３ｃとの界面で強く発揮される。このため前記非磁性中間層２３ｂの上面側及び下面側にＲｕよりも格子定数が大きい第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１を設け、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃと前記磁歪増強層２３ｂ１，２３ｂ３とを接合させることが好ましい。

ところで、前記非磁性中間層２３ｂ全体をＲｅ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上の元素で形成しても、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間には比較的強いＲＫＫＹ相互作用による反平行結合が生じるが、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合の熱的安定性が悪化し、使用環境下温度によって、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃとの反平行磁化状態が崩れる可能性があるため、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合の熱的安定性に優れたＲｕ層２３ｂ２を、前記非磁性中間層２３ｂの中間層として設けておくことが好ましい。

また、前記第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１はＲｕ層２３ｂ２よりも薄い膜厚で形成されることが好ましい。ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合の熱的安定性を優れたものにするため前記非磁性中間層２３ｂはあくまでもＲｕ層２３ｂ２を主体とし、前記Ｒｕ層２３ｂ２の上下面に付加的に、非常に薄い膜厚の前記第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１を設けるだけでも、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果を強く発揮させることが出来る。

前記第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１は、１Å〜５Åの範囲内の膜厚であることが好ましい。

また、第３磁歪増強層２３ｂ１／Ｒｕ層２３ｂ２／第２磁歪増強層２３ｂ３の積層構造で形成された非磁性中間層２３ｂは、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を最も強くできる膜厚で形成されることが必要である。第３磁歪増強層２３ｂ１／Ｒｕ層２３ｂ２／第２磁歪増強層２３ｂ３の積層構造で形成された非磁性中間層２３ｂは、５Å〜１０Åの範囲内の膜厚で形成されることが好ましい。

図８に示す磁気検出素子では、非磁性中間層２３ｂをＲｕ層２３ｂ２と第２磁歪増強層２３ｂ３との２層構造で形成している。前記第２磁歪増強層２３ｂ３は第２磁性層２３ｃと接して設けられ、この結果、第２磁性層２３ｃの磁歪を大きくすることが出来る。

既に説明したように第１磁性層２３ａの下面には第１磁歪増強層２２が設けられており、第１磁歪増強層２２の磁歪増強効果によって、前記第１磁性層２３ａの結晶構造の少なくとも一部は歪み、前記第１磁性層２３ａの磁歪を大きく出来る。

このように第１磁性層２３ａの磁歪は少なくとも、第１磁歪増強層２２の磁歪増強効果によって大きくできる一方、第２磁性層２３ｃは前記第１磁歪増強層２２から距離的に離れているため、前記第１磁歪増強層２２の前記第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果は小さいから、非磁性中間層２３ｂの層構造を改良する際には、少なくとも前記Ｒｕ層２３ｂ２と第２磁性層２３ｃとの間に第２磁歪増強層２３ｂ３を挿入して、前記第２磁性層２３ｃの磁歪を大きくすることが好ましい。

なおＲｕ層２３ｂ２／第２磁歪増強層２３ｂ３の積層構造で形成された非磁性中間層２３ｂは、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合を最も強くできる膜厚で形成されることが必要である。Ｒｕ層２３ｂ２／第２磁歪増強層２３ｂ３の積層構造で形成された非磁性中間層２３ｂは、５Å〜１０Åの範囲内の膜厚で形成されることが好ましい。

次に第１磁歪増強層２２の材質について説明する。前記第１磁歪増強層２２として必要な条件は、第１磁性層２３ａよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料である点である。上記した非磁性中間層２３ｂとして使用されるＲｕ−Ｘ合金や、第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１には、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃ間に生じるＲＫＫＹ相互作用による反平行結合が（Ｒｕほどではないにしても）出来る限り強くなる材質が求められる。

一方、第１磁歪増強層２２には、上記のような要求はないため、第２磁歪増強層２３ｂ３及び第３磁歪増強層２３ｂ１等に比べて材質の選択の余地は広い。

例えば前記第１磁歪増強層２２には、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどの単体元素、あるいはこれらの元素のうち２種以上からなる合金、または、Ｒ―Ｍｎ（ただし元素Ｒ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）合金で形成されていてもよい。
第１磁歪増強層２２の膜厚は、５Å以上５０Å以下程度である。

Ｒ―Ｍｎ（ただし元素Ｒ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）からなる第１磁歪増強層２２の膜厚がこの範囲内であると、第１磁歪増強層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、第１磁歪増強層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、第１磁歪増強層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、第１磁歪増強層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、第１磁歪増強層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。

また第１磁歪増強層２２が前記Ｒ―Ｍｎ合金から成るとき、前記Ｒ−Ｍｎ合金中のＲ元素の含有量は４５原子％以上９９原子％以下であることが好ましい。Ｒ元素の含有量がこの範囲内であると、前記第１磁性層２３ａの磁歪が大きな値をとりつつ安定化する。

また第１磁歪増強層２２及び図１に示すＲｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂ、図７，８に示した第２磁歪増強層２３ｂ３、第３磁歪増強層２３ｂ１は、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃとの界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）または六方稠密（ｈｃｐ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、ｆｃｃの場合{１１１}面として、ｈｃｐの場合、｛０００１｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。

一方、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層ｃは、前記第１磁歪増強層２２及び図１に示すＲｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂ、図７，８に示した第２磁歪増強層２３ｂ３、第３磁歪増強層２３ｂ１との界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記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ことが好ましい。

上記のような結晶配向を有することで、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と、第１磁歪増強層２２を構成する原子及び図１に示すＲｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂを構成する原子、図７，８に示した第２磁歪増強層２３ｂ３、第３磁歪増強層２３ｂ１を構成する原子とが互いに重なりあいやすくなり、図３に示すエピタキシャルな状態で成長しやすい。

また本発明では、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃは、前記第１磁歪増強層２２及び図１に示すＲｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂ、図７，８に示した第２磁歪増強層２３ｂ３、第３磁歪増強層２３ｂ１との界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであってもよい。

かかる場合、第１磁歪増強層２２及び図１に示すＲｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層２３ｂ、図７，８に示した第２磁歪増強層２３ｂ３、第３磁歪増強層２３ｂ１は、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃとの界面付近あるいは全領域において面心立方（ｆｃｃ）構造または六方稠密（ｈｃｐ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、ｆｃｃの場合{１１１}面として、ｈｃｐの場合｛０００１｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。

ｂｃｃ構造を有する結晶の{１１０}面として表される等価な結晶面の原子配列とｆｃｃ構造を有する結晶の{１１１}面及びｈｃｐ構造を有する結晶の｛０００１｝面として表される等価な結晶面の原子配列は類似しており、ｂｃｃ構造を有する結晶とｆｃｃ構造あるいはｈｃｐ構造を有する結晶を、各々の原子が重なり合った整合状態、いわゆるヘテロエピタキシャルな状態にすることができる。

なお本発明では、図８と異なり非磁性中間層２３ｂがＲｕ層２３ｂ２と、第１磁性層２３ａとの間に介入する第３磁歪増強層２３ｂ１との２層で構成されてもよい。

また本発明における固定磁性層２３は、磁性層が３層以上で、その結果、非磁性中間層２３ｂが２層以上を占める多層構造であってもよい。かかる場合、少なくとも一つの非磁性中間層２３ｂの、少なくとも上面側及び／または下面側の格子定数がＲｕよりも大きくなっていればよい。ただし、少なくとも、前記固定磁性層２３を構成する磁性層のうち最も非磁性材料層２４に近い位置に形成され、逆にいえば前記第１磁歪増強層２２から最も離れた位置にあり前記第１磁歪増強層２２の磁歪増強効果が最も弱い第２磁性層２３ｃと、接する非磁性中間層２３ｂが、図１，図４や図７または図８のような構造に形成されて、前記非磁性中間層２３ｂにおける磁歪増強効果によって前記第２磁性層２３ｃの磁歪が大きくなる構成であることが望ましい。

図５は図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層体Ｔ１の構造とは異なる多層体Ｔ２の構造を示す模式図である。図５はフリー磁性層２５を中心にその上下に非磁性材料層２４，３２が形成され、さらに前記非磁性材料層２４の下に第１磁性層２３ａ，非磁性中間層２３ｂ及び第２磁性層２３ｃの人工フェリ構造からなる固定磁性層２３が、前記非磁性材料層３２の上に、第２磁性層３４ｃ，非磁性中間層３４ｂ及び第１磁性層３４ａの人工フェリ構造からなる固定磁性層３４が形成され、さらに前記固定磁性層２３，３４の上下に第１磁歪増強層２２，３５が形成され、下側に形成された第１磁歪増強層２２の下面にはシードレイヤ２１が形成され、上側に形成された第１磁歪増強層３５の上面には保護層２６が形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造である。

図５に示す実施形態では、前記非磁性中間層２３ｂ，３４ｂが図１，図４と同様にＲｕ−Ｘ合金で形成されるか、あるいは図７，図８と同様にＲｕ層２３ｂ２と、第２磁歪増強層２３ｂ３及び／または第３磁歪増強層２３ｂ１との積層構造で形成されている。

図６は、図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層体Ｔ１の構造とは異なる多層体Ｔ３の構造を示す模式図である。図６はシードレイヤ２１上に、フリー磁性層２５、非磁性材料層２４、固定磁性層２３（下から第２磁性層２３ｃ、非磁性中間層２３ｂ、及び第１磁性層２３ａの積層順で形成された人工フェリ構造）、第１磁歪増強層２２、及び保護層２６の順に積層された多層体Ｔ３の構造である。図６に示す多層体Ｔ３は、図１の多層体Ｔ１とは逆積層であり、すなわちフリー磁性層２５が固定磁性層２３よりも下側にある積層タイプである。

図６の磁気検出素子でも、前記非磁性中間層２３ｂは図１，図４と同様にＲｕ−Ｘ合金で形成されるか、あるいは図７，図８と同様にＲｕ層２３ｂ２と、第２磁歪増強層２３ｂ３及び／または第３磁歪増強層２３ｂ１との積層構造で形成されている。

図５及び図６の磁気検出素子はいずれもＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型であるから前記多層体Ｔ２，Ｔ３の上下には、電極を兼ね備えたシールド層２０，３０が形成される（図１を参照）。
なお図５、図６では、第１磁歪増強層及び非磁性中間層の部分を斜線で示してある。

図５及び図６の多層体Ｔ２，Ｔ３でも、固定磁性層２３（３４）を構成する第１磁性層２３ａ（３４ａ）を第１磁歪増強層２２（３５）と接して設けることで、前記第１磁性層２３ａ（３４ａ）の磁歪定数を増強するのみならず、前記非磁性中間層２３ｂ全体を例えばＲｕよりも格子定数の大きいＲｕ−Ｘ合金で形成することで、前記第１磁性層２３ａの結晶構造を前記第１磁歪増強層２２が設けられている面と反対側の面から、及び第２磁性層２３ｃの磁歪を前記非磁性中間層２３ｂと接した面側から歪ませ、この結果、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの双方の磁歪を増大でき、これによって前記固定磁性層２３（３４）の磁歪定数を全体的に大きく出来できる構造となっている。

この結果、より効果的に前記固定磁性層２３（３４）の磁化をハイト方向に固定でき、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層２３（３４）の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層２３の反転を起きにくくすることも出来るとともに、応力変化があっても、安定した固定磁性層２３の磁化状態を保持でき、信頼性の高い磁気検出素子を提供できる。

なお第１磁歪増強層や固定磁性層の材質、さらには結晶配向性等は図１で説明した通りであるのでそちらを参照されたい。

図９は、図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層体Ｔ１の構造とは異なる多層体Ｔ４の構造（第４実施形態の構造）を示す模式図である。

まず図１０及び図１１の多層体Ｔ５，Ｔ６の構造から説明する。図１０の多層体Ｔ５の構造、及び図１１の多層体Ｔ６の構造は、いずれも比較例である。

図１０の多層体Ｔ５の構造では、下からシードレイヤ２１、第１反強磁性層５０、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、Ｃｕで形成された非磁性材料層５４、固定磁性層５５、第２反強磁性層５６、固定磁性層５７、非磁性材料層５８、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、第３反強磁性層６２、及び保護層２６の順に積層されている。４つある固定磁性層はいずれも人工フェリ構造である。

図１０の多層体Ｔ５の構造では、最も下に形成された第１反強磁性層５０から多層体Ｔ５のほぼ中間に形成された第２反強磁性層５６までの積層構造が第１のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造（Ｄｕａｌ １）となっており、前記第２反強磁性層５６から最も上に形成された第３反強磁性層６２までの積層構造が第２のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造（Ｄｕａｌ ２）となっている。

つまり図１０の多層体Ｔ５は、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の２階建て構造となっている。

スピン依存バルク散乱効果を主として利用するＣＰＰ型磁気検出素子においては、図１０に示した多層体Ｔ５の構造であってもＧＭＲ効果を得られるが、しかし図１０の構造では、非常に膜厚が厚く比抵抗が高い反強磁性層５０，５６，６２が３層も存在することから、発熱源となる前記反強磁性層５０，５６，６２からのジュール熱によって格子振動やエレクトロマイグレーションが生じ、これによってＧＭＲ効果や再生出力を適切に向上させることができない。

一方、図１１に示す多層体Ｔ６の構造は、図１０に示す反強磁性層５０，５６，６２の部分を磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えた構造となっている。前記磁歪増強層６３，６４，６５は例えばＰｔＭｎ合金等である。図１１に示す多層体Ｔ６の構造では、固定磁性層５１，５５，５７，６１を構成する磁性層のうち、Ｃｕで形成された非磁性材料層５２，５４，５８，６０から最も離れた第１磁性層５１ａ，５５ａ，５７ａ，６１ａに磁歪増強層６３，６４，６５を接して設け、逆磁歪効果を利用して前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくし、自らの一軸異方性により前記固定磁性層２３の磁化を固定するものである。

図１０の多層体Ｔ５の構造に比べて図１１の多層体Ｔ６の構造のように、反強磁性層５０，５６，６２を用いず膜厚の薄い磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えることで、ＧＭＲ効果や再生出力の向上を図ることが出来る。

しかし図１１の構造でも、特に多層体Ｔ６のほぼ中間に位置する磁歪増強層６４は、その磁歪増強層６４の上下のデュアルスピンバルブ構造（Ｄｕａｌ １とＤｕａｌ ２）を磁気的に分断するためにある程度、厚い膜厚で形成されなければならない。

また前記磁歪増強層６３，６４，６５に、ＰｔＭｎ合金等の比抵抗の比較的高い材質を選択した場合には、前記磁歪増強層６３，６４，６５が、やはり発熱源となってしまう。このとき、前記多層体Ｔ６のほぼ中心にある磁歪増強層６４は、上下の電極からかなり離れた位置にあるため放熱効果が低く、前記磁歪増強層６４からのジュール熱により格子振動やエレクトロマイグレーションの発生によるＧＭＲ効果及び再生出力の低下の問題を適切に解消できない。また図１１の構造では、固定磁性層５１，５５，５７，６１を構成する磁性層のうち第１磁性層５１ａ，５５ａ，５７ａ，６１ａの磁歪定数λｓしか適切に大きくならない。すなわち第２磁性層５１ｃ，５５ｃ，５７ｃ，６１ｃの磁歪定数λｓを適切に増強することは出来ない。よって固定磁性層５１，５５，５７，６１の磁歪定数λｓをもっと大きく出来る構造が望まれる。

そこで図９のような形態を提供する。図９の実施形態の多層体Ｔ４では、多層体Ｔ４の中央には９層からなる固定磁性層を設け、その上下に非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、第１磁歪増強層を設けた構成である。

図９に示すように、シードレイヤ２１上には第１磁歪増強層６３、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、非磁性材料層５４の順に積層される。ここまでの積層構造は図１１と同じである。

図１１では、前記非磁性材料層５４の上に、磁歪増強層６４を介して磁気的に分断された２つの固定磁性層５５，５７が形成されるが、図９では、前記非磁性材料層６４の上に、多層構造の固定磁性層６６を１つだけ設ける。

前記固定磁性層６６は、３つの磁性層６６ａ１，６６ａ２，６６ａ３と各磁性層間に介在した磁歪増強層６６ｄとの五層構造で第１磁性層６６ａが構成される。前記磁歪増強層６６ｄは非常に薄い膜厚で、各磁性層間を磁気的に分断せず前記磁性層間に強磁性結合が作用する。この結果、各磁性層６６ａ１，６６ａ２，６６ａ３はすべて同じ方向に磁化固定される。

前記第１磁性層６６ａの上下には例えば図１や図４で説明した、Ｒｕよりも格子定数が大きいＲｕ−Ｘ合金で形成された非磁性中間層６６ｂ，６６ｂを介して第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２が形成される。図９の実施形態では、全部で９層の積層構造による固定磁性層６６が形成される。

上記のように、前記非磁性中間層６６ｂ，６６ｂをＲｕ−Ｘ合金で形成することで、前記非磁性中間層６６ｂに接する磁性層６６ａ２，６６ａ３のみならず第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２の磁歪をも大きくすることが出来る。

図９に示す非磁性材料層５８上の膜構成は、図１１と同じように、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、第１磁歪増強層６５及び保護層２６の順に積層されている。

図１１では多層体Ｔ６のほぼ中間に、磁気的に分断された２つの固定磁性層５５，５７が存在していたが、図９では、前記固定磁性層５５，５７を多層体Ｔ４のほぼ中間で１つの固定磁性層６６として構成したものである。図９のように前記固定磁性層６６を構成する第１磁性層６６ａを、３つの磁性層に分断し、その間に非常に薄い膜厚の磁歪増強層６６ｄを介在させることで、前記第１磁性層６６ａの磁歪定数を大きく出来るとともに、図１１の場合のように、磁気的分断のため比較的厚い膜厚で形成された磁歪増強層６４の形成が必要ない。

また、特に第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２の磁歪を増強させるべく、例えば前記非磁性中間層６６ｂをＲｕよりも格子定数が大きいＲｕ−Ｘ合金で形成することで、ＲＫＫＹ相互作用による反平行結合の強さ及び熱的安定性を良好に維持しながら前記第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２の磁歪を大きく出来る。

なお前記非磁性中間層６６ｂを図７，図８で説明した第２磁歪増強層及び／または第３磁歪増強層とＲｕ層との積層構造で形成してもよいことは言うまでもない。

また固定磁性層５１及び６１を構成する非磁性中間層５１ｂ，６１ｂも図１や図４に示したＲｕ−Ｘ合金で、あるいは図７，図８で説明した第２磁歪増強層及び／または第３磁歪増強層とＲｕ層との積層構造で形成してもよい。

また図９に示す複数の前記非磁性材料層と第２磁性層との少なくとも一つの界面に、新たに磁歪増強層を挿入してもよい。前記磁歪増強層には、スピン依存界面散乱係数（γ値）が正の値となる材質（Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，あるいはＲｈのうち１種または２種以上）が選択されることがＧＭＲ効果の劣化を抑制できて好ましい。

図９の構成では図１０に比べて、さらに発熱源となる層を無くし、ジュール熱の発生による格子振動やエレクトロマイグレーションによるＧＭＲ効果の低下を抑制できると共に、前記固定磁性層６６をより適切に磁化固定でき、ＧＭＲ効果及び再生出力の向上と安定化を図ることが可能である。

なお本発明の実施形態は全てＣＰＰ型の磁気検出素子であったが、図１，４，５，６，７，８の多層膜の構成をＣＩＰ型の磁気検出素子に適用可能である。本発明では、特に第２磁性層と非磁性材料層との界面構造は従来と同様の状態を保っているので、スピン依存界面散乱効果が抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上に最も重要なＣＩＰ型磁気検出素子に本発明を適用しても抵抗変化率を低下させることなく、前記固定磁性層を強固に磁化固定することが可能である。

本発明の第１実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、 図１に示された磁気検出素子の平面図、 磁歪増強層及び非磁性中間層と固定磁性層が整合しつつ、歪みが生じている状態を示す模式図、 図１の部分模式図、 本発明の別の実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 本発明の別の実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 本発明の別の実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 本発明の別の実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 本発明の別の実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 図９に対する比較例の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 図９に対する比較例の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、 従来のＣＰＰ型磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、

符号の説明

２０ 下部シールド層
２１ シードレイヤ
２２、３５、６３、６５ 第１磁歪増強層
２３、３４、５１、６１、６６ 固定磁性層
２３ａ、３４ａ、５１ａ、６１ａ、６６ａ 第１磁性層
２３ｂ、３４ｂ、５１ｂ、６１ｂ、６６ｂ 非磁性中間層
２３ｂ１ 第３磁歪増強層
２３ｂ２ Ｒｕ層
２３ｂ３ 第２磁歪増強層
２３ｃ、３４ｃ、５１ｃ、６１ｃ、６６ｃ 第２磁性層
２４、３２、５２、５４、５８、６０ 非磁性材料層
２５、５３、５９ フリー磁性層
２６ 保護層
３０ 上部シールド層

Claims (10)

1. 固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とが積層されてい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、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであり、
   前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面には、非磁性金属製の第１磁歪増強層が前記第１磁性層に接して設けられ、
   少なくとも一つの前記非磁性中間層の、少なくとも上面側及び／または下面側の格子定数はＲｕよりも大きくなっており、
   前記第１磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び非磁性中間層内と前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側に接する磁性層内との少なくとも一部の結晶は、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記固定磁性層は、前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層と、前記非磁性材料層に最も近い位置に形成された第２磁性層と、前記第１磁性層と第２磁性層間に形成された非磁性中間層との３層構造で形成され、
   少なくとも前記非磁性中間層は前記第２磁性層と接する面側がＲｕよりも大きい格子定数を有して形成される請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記非磁性中間層の全体がＲｕよりも格子定数の大きい非磁性材料で形成される請求項１または２に記載の磁気検出素子。
4. 前記非磁性中間層はＲｕ−Ｘ合金（ただし元素Ｘは、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上）で形成される請求項３記載の磁気検出素子。
5. 前記非磁性中間層はＲｕで形成されたＲｕ層と、前記Ｒｕ層の上面及び／または下面に形成された、前記Ｒｕよりも格子定数の大きい第２磁歪増強層及び／または第３磁歪増強層との積層構造で形成される請求項１または２記載の磁気検出素子。
6. 第２磁歪増強層及び第３磁歪増強層は、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｈのいずれか１種または２種以上の元素で形成される請求項５記載の磁気検出素子。
7. 前記第２磁歪増強層及び第３磁歪増強層はＲｕ層よりも薄い膜厚で形成される請求項５または６に記載の磁気検出素子。
8. 前記第１磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または、少なくとも前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側は、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記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請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または、前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側と接する磁性層は、前記非磁性中間層との界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記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請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または、前記非磁性中間層のＲｕよりも大きい格子定数を有する面側と接する磁性層は、前記非磁性中間層との界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。

Images