JP2007273504A - 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録装置、磁気ランダムアクセスメモリ - Google Patents

磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気記録装置、磁気ランダムアクセスメモリ Download PDF

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Abstract

【課題】出力ΔＲＡを高め、保磁力Ｈｃとゼロ磁場からのシフト量Ｈｉｎを低下させて感度を高め、抵抗半減点の磁場Ｈｕａを大きくしてピン安定性を高めた磁気抵抗効果素子を提供する。
【解決手段】下地層、固定強磁性層、非磁性金属中間層、自由強磁性層を含む積層フェリスピンバルブ構造を有し、自由強磁性層を特定組成のＣｏＦｅＡｌまたはＣｏＭｎＡｌとしたＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、下地層がアモルファス金属下層と非磁性金属上層とから成る。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハードディスク装置に代表される磁気記録装置において磁気情報を読み出す再生ヘッドに用いられる磁気抵抗効果素子、再生ヘッドを備えた磁気ヘッド、磁気ヘッドを備えた磁気記録装置、磁気抵抗効果素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリに関し、特に磁気抵抗効果素子の構成層の積層方向にセンス電流を流すＣＰＰ型（Current-Perpendicular-to-Plane type）の磁気抵抗効果素子に関する。
ハードディスク装置に用いられている磁気再生ヘッドは、ディスクから漏れる磁場の向きに感応して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用して磁気記録情報を読み取っている。
図１に、磁気再生ヘッドとして一般的に用いられている磁気抵抗効果素子の層構成を示す（例えば特許文献１、２など）。この磁気抵抗効果素子１０は積層フェリスピンバルブ膜と呼ばれる構造であり、下から順に下地層１１、反強磁性層１２、第一の固定強磁性層１３、非磁性結合層１４、第二の固定強磁性層１５、非磁性中間層１６、自由強磁性層１７、保護層１８から構成される。ここで、第一の固定強磁性層１３／非磁性結合層１４／第二の固定強磁性層１５から成る部分Ｐは積層フェリピン構造と呼ばれており、非磁性結合層１４を介した反強磁性結合によって第一の固定強磁性層１３の磁化の向きと第二の固定強磁性層１５の磁化の向きが反対向きになって相互に固定され、トータルとして磁気モーメントが小さくなっている。これにより、積層フェリピン層Ｐの反磁界が抑制され、また反強磁性層１２との交換結合から発生する異方性磁界を増大させる効果がある。この積層フェリピン構造Ｐとの間に（直接には第二の固定強磁性層１５との間に）非磁性中間層１６が介在する自由強磁性層１７は、記録媒体から漏れる磁場の向きに応じて磁化の方向が容易に変化する。積層フェリスピンバルブ膜１０は、固定強磁性層（積層フェリピン層Ｐ）の磁化方向と自由強磁性層１７の磁化方向の相対角度の変化に伴って膜の電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用して、記録媒体からの磁気信号を読み取っている。
現在、ハードディスク装置の再生ヘッドの大部分は、抵抗変化を読み取るための電流をスピンバルブ構造を構成する積層膜の膜面方向に流すＣＩＰ（Current In Plane）構造が用いられている。一方、今後のハードディスク装置の容量増加に伴い、１ビット当りの記録面積が減少し、素子のコア幅が狭くなる状況下において、センス電流を膜面に垂直方向に流す構造、いわゆるＣＰＰ（Current-Perpendicular-to-Plane）構造が提案され、既に一部はヘッドとして少量生産されている。このＣＰＰ構造のスピンバルブ膜は、素子のコア幅が小さくなるのに伴って出力が増大するという特徴を持っており、原理的に高密度化に適している。
ＣＰＰ型のスピンバルブ構造の出力は、素子の単位面積当りの磁気抵抗変化（ΔＲＡ）で決まり、この磁気抵抗変化を増加させるためには、磁気抵抗効果を生じさせる自由強磁性層および積層フェリピン構造における固定強磁性層に、スピン依存散乱を持ち比抵抗が高い材料を用いる必要がある。本出願人は、このような高比抵抗材料として、特願２００５−２４４５０７および特願２００５−３４６０６５において、組成範囲を限定したＣｏＦｅＡｌおよびＣｏＭｎＡｌを提案しており、本発明においてもこれらの組成を用いている。
しかし、再生ヘッドに適用するには、磁気抵抗効果素子には磁気抵抗変化ΔＲＡの他、更に下記の特性が要求される。
図２に、磁気抵抗効果素子にセンス電流を流して、外部磁場を変化させた際の素子の抵抗の変化を模式的に示す。
図中の曲線Ｘが示すように、抵抗は記録媒体からの信号磁界（外部磁場）の変化に対して感度良く変化しなければならず、そのためには保磁力Ｈｃを小さくする必要があり、Ｈｃ≦５Ｏｅであることが望ましい。
また、記録媒体からの磁界方向が変化したときに鋭敏に変化するためには、外部磁場ゼロからのシフト量Ｈｉｎも小さくする必要があり、Ｈｉｎ≦２０Ｏｅであることが望ましい。
更に、外部磁場によって高抵抗の状態が反転しないように、積層フェリピン構造によるピンの安定性が重要である。その目安として、抵抗が半分になる点の磁場Ｈｕａを大きくする必要があり、Ｈｕａ≧１４００Ｏｅであることが望ましい。
上記本出願人の提案による高比抵抗材料を自由強磁性層、固定強磁性層に用いることにより、従来に比べて高い磁気抵抗変化ΔＲＡが得られる。しかし、再生ヘッドとして実用化するためには、磁気抵抗変化ΔＲＡを更に高くすると同時に、保磁力Ｈｃを低減する必要がある。
従来の下地層であるＮｉＣｒを用いると、磁気抵抗効果膜の磁性層に高比抵抗膜を用いた場合、下部電極のＮｉＦｅ層の結晶構造を受けて保磁力Ｈｃが大きくなる傾向があった。また、ＲｕやＣｕ等の非磁性の単体金属を下地層とした場合には、保磁力Ｈｃは低下できても、同時にゼロ磁場からのシフト量Ｈｉｎも非常に多くなってしまい、外部磁場の向きが変化しても鋭敏に反応できなくなる。
加えて、記録密度が増加するに伴ってリードギャップ（Read-Gap）すなわち上部電極と下部電極との間の厚さも薄くする必要があり、下部電極上に設ける下地層の薄膜化も必要不可欠である。
特開２００５−１９１３１２号公報 特開平１１−１２６３１５号公報
本発明は、磁気抵抗効変化ΔＲＡすなわち出力を高め、保磁力Ｈｃおよびゼロ磁場からのシフト量Ｈｉｎを共に低下させて感度を高め、抵抗半減点の磁場Ｈｕａを大きくしてピン安定性を高めた磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
本発明は更に、上記磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッド、磁気記録装置、および磁気ランダムアクセスメモリをも提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、最下層の下地層と、その上方の固定強磁性層と、非磁性金属中間層と、自由強磁性層とを含む積層フェリスピンバルブ構造を有し、前記自由強磁性層が下記（１）（２）：
（１）ＣｏＦｅＡｌ三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量〔各含有量の単位は原子％〕）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成、または
（２）ＣｏＭｎＡｌ三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含
有量，Ａｌ含有量〔各含有の単位は原子％〕）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆおよび点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成、
のうちのいずれかの組成から成るＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記下地層が、下層のアモルファス金属下地層と上層の非磁性金属下地層とから成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子が提供される。
本発明は、自由強磁性層は前述の先願において本出願人が提案した組成を用いることにより大きなΔＲＡを実現しつつ、下地層をアモルファス金属の下層と非磁性金属の上層とから成る二層構造とすることにより、ＨｃおよびＨｉｎを共に低下させつつＨｕａを大きくすることができる。
すなわち本発明の特徴は、下地層として、従来のＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＣｕ、Ｔａ／ＮiＦｅなどの結晶層に替えて、アモルファス金属下地層／非磁性金属下地層の二層構造にした点にある。
前述したように、従来の下地層であるＮｉＣｒを用いると、磁気抵抗効果膜の磁性層に高比抵抗膜を用いた場合、下部電極のＮｉＦｅ層の結晶構造を受けて保磁力Ｈｃが大きくなる傾向があった。また、ＲｕやＣｕ等の非磁性の単体金属を下地層とした場合には、保磁力Ｈｃは低下できても、同時にゼロ磁場からのシフト量Ｈｉｎも非常に多くなってしまい、外部磁場の向きが変化しても鋭敏に反応できなくなるという問題があった。
これに対して本発明においては、下部電極のＮｉＦｅ上に先ずアモルファス金属を成膜することにより、下部電極のＮｉＦｅの結晶構造の影響を遮断し、その上にスピンバルブ膜の結晶性を高める非磁性金属を成膜することにより、出力ΔＲＡを高めると同時に、保磁力Ｈｃおよびゼロ磁場からのシフト量Ｈｉｎを低減して感度を高め、同時に、ピン安定性Ｈｕａを高めることに成功した。
〔実施形態１〕
図３を参照して、本発明の磁気抵抗効果素子の望ましい形態を説明する。
本発明の磁気抵抗効果素子１００は、図１に示した従来の磁気抵抗効果素子１０に対して、下地層１１を二層構造の下地層１０１に替えた点のみが異なり、それ以外の層構成は同じである。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子１００は、積層フェリスピンバルブ膜と呼ばれる構造であり、下から順に下地層１０１、反強磁性層１２、第一の固定強磁性層１３、非磁性結合層１４、第二の固定強磁性層１５、非磁性金属中間層１６、自由強磁性層１７、保護層１８から構成され、第一の固定強磁性層１３／非磁性結合層１４／第の二固定強磁性層１５で積層フェリピン構造Ｐを構成する。
以下に本発明の各構成要件を説明する。
＜下地層＞
本発明の特徴である下地層１０１は、下層のアモルファス金属下地層１０１Ａと上層の非磁性金属下地層１０１Ｂの２層から成り、下記構成とすることが望ましい。
下地層の下層１０１Ａを成すアモルファス金属は、下記（ａ）（ｂ）（ｃ）：
（ａ）Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちのいずれか１種の単体金属、
（ｂ）Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうちのいずれか１種以上の成分と、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂのうちのいずれか１種以上の成分とから成るアモルファス合金、
（ｃ）Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌのうちのいずれか１種以上の成分と、Ｚｎ、Ｃｄのうちの１種以上とから成るアモルファス合金、
から成る群から選択された１種であることが望ましい。
これらは、Ｃｕ／ＮｉＦｅ等の下部電極上に室温スパッタリング等の低温成膜法によりアモルファス膜として容易に成膜できて、下部電極のＮｉＦｅ等の結晶構造の影響を遮断する。
下地層の上層１０１Ｂを成す非磁性金属は、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒから成る群から選択された１種であることが望ましい。
これらは、上記のアモルファス金属下地層上に室温スパッタリング等の低温成膜法により良好な結晶膜として容易に成膜できて、その上に形成する積層フェリスピンバルブ構造の結晶性を高めることができる。
＜自由強磁性層の組成＞
図４および図５に、本発明の自由強磁性層に用いる（１）ＣｏＦｅＡｌ組成の領域および（２）ＣｏＭｎＡｌ組成の領域を、それぞれ示す。これらは前述したように、本出願人が特願２００５−２４４５０７および特願２００５−３４６０６５において既に開示したものである。図中の各数値は、各位置の組成による保磁力Ｈｃの値を示す。
（１）ＣｏＦｅＡｌの組成範囲
図４の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｆｅ含有量、Ａｌ含有量〔いずれも単位は原子％〕）として表すと、本発明に用いるＣｏＦｅＡｌの組成は、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成とする。この組成範囲とすることにより、自由磁化層の保磁力を３０Ｏｅ以下とすることができる。これにより、自由磁化層はホイスラー合金組成Ｃｏ５０Ｆｅ２５Ａｌ２５の保磁力３０．５Ｏｅ（図４参照）よりも保磁力が低く、信号磁界に対する高い感度が得られる。
なお、Ａｌ含有量が１５原子％よりも少ない範囲でも保磁力が３０Ｏｅ以下となるが、本願発明者等の検討によれば、ΔＲＡが１ｍΩμｍ２程度になり、出力が低下してしまう。また、Ａｌ含有量が３５原子％よりも多い範囲でも保磁力が３０Ｏｅ以下となるが、飽和磁束密度が低下する傾向にあり、自由磁化層の所望の、飽和磁束密度と膜厚との積を確保するために自由磁化層の膜厚が増大する傾向となり、その結果、リードギャップ長が増大し、高記録密度での出力が低下してしまう。
更に、自由磁化層のＣｏＦｅＡｌの望ましい組成範囲は、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｇ（６５，２０，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｇ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＧＡの範囲内である。この組成範囲内とすることにより、保磁力を２０Ｏｅ以下と更に天元することができる。領域ＡＢＣＧＡ内の組成は、領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成よりも更に保磁力が低いため磁気抵抗効果素子の感度が更に向上する。
なお、図４に示した保磁力Ｈｃの値は、従来のＮｉＣｒ下地層を用いた下記層構成のデュアルスピンバルブ膜について測定したものである。
下地層：ＮｉＣｒ（４ｎｍ）
下部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
下部第一固定強磁性層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
下部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７２ｎｍ）
下部第二固定強磁性層：ＣｏＦｅＡｌ（５．０ｎｍ）
下部非磁性金属中間層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
自由強磁性層：ＣｏＦｅＡｌ（６．５ｎｍ）
上部非磁性金属中間層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
上部第二固定強磁性層：ＣｏＦｅＡｌ（５．０ｎｍ）
上部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７２ｎｍ）
上部第一固定強磁性層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
上部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ（５ｎｍ）
上記のとおり固定強磁性層としても一部にＣｏＦｅＡｌ組成を用いてある。
（２）ＣｏＭｎＡｌの組成範囲
図５の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量、Ｍｎ含有量、Ａｌ含有量〔いずれも単位は原子％〕）として表すと、本発明に用いるＣｏＭｎＡｌの組成は、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆおよび点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域ＡＢＣＤＥＦＡ内の組成とする。この組成範囲とすることにより、自由磁化層の保磁力をホイスラー合金組成Ｃｏ５０Ｆｅ２５Ａｌ２５の保磁力１１．５Ｏｅ（図５参照）以下とすることができ、信号磁界に対する高い感度が得られる。
自由磁化層の組成範囲は、Ａｌ含有量が２０原子％よりも少ない範囲では保磁力が増加する傾向にあるため好ましくない。また、辺ＡＦよりもＡｌ含有量が多い組成では、保磁力は低くなるが非磁性元素であるＡｌの増加による飽和磁束密度の低下が著しい。自由磁化層は、その飽和磁束密度と膜厚との積が所定値以上であることが必要なので、辺ＡＦよりもＡｌ含有量が多い組成では膜厚が厚くなり、いわゆるリードギャップ長が過度に増加するので好ましくない。
なお、図５に示した保磁力Ｈｃの値は、従来のＮｉＣｒ下地層を用いた下記層構成のデュアルスピンバルブ膜について測定したものである。
下地層：ＮｉＣｒ（４ｎｍ）
下部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
下部第一固定強磁性層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
下部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７ｎｍ）
下部界面磁性層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
下部第二固定強磁性層：Ｃｏ100-X-YＭｎXＡｌY
下部第二拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
下部非磁性金属中間層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
下部第一拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
自由強磁性層：Ｃｏ100-X-YＭｎXＡｌY
上部第一拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
上部非磁性金属中間層：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
上部第二拡散防止層：ＣｏＦｅ（０．５ｎｍ）
上部第二固定強磁性層：Ｃｏ100-X-YＭｎXＡｌY
上部非磁性結合層：Ｒｕ（０．７ｎｍ）
上部第一固定強磁性層：Ｃｏ60Ｆｅ40（３．５ｎｍ）
上部反強磁性層：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
保護層：Ｒｕ（５ｎｍ）
上記のとおり第二固定強磁性層としてもＣｏＭｎＡｌ組成を用いてある。また、自由強磁性層および第二固定強磁性層から非磁性金属中間層へのＭｎの拡散を防止するために各拡散防止層を介在させてある。Ｍｎが非磁性金属中間層へ拡散すると第二固定強磁性層磁化層と自由磁化層とが同じ磁化方向を持って磁気的に結合してしまい、外部磁場に対して同じ角度で動いてしまうことに伴うΔＲＡを劣化させてしまうからである。更に、磁気抵抗変化ΔＲＡを増加させるために、スピン依存界面散乱がＣｏＭｎＡｌより大きいＣｏＦｅの界面磁性層も設けてある。
＜固定強磁性層の組成＞
本発明の磁気抵抗効果素子の固定強磁性層には、上記自由強磁性層の組成（１）のＣｏＦｅＡｌを用いることが望ましい。
また、下地層／反強磁性層／第一固定強磁性層／非磁性結合層／第二固定強磁性層／非磁性金属中間層（または非磁性絶縁中間層）／自由強磁性層／保護層という層構成において、第二固定強磁性層の組成としては、ＣｏＭｎＺ（但し、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎｉのうちのいずれか１種以上）を用いることができる。
《他の構成層》
＜反強磁性層＞
図３において、下地層１０１上に形成する反強磁性層１２は、例えば膜厚４ｎｍ〜３０ｎｍ（好ましくは４ｎｍ〜１０ｎｍ）のＭｎ−ＴＭ合金（ＴＭは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、ＩｒおよびＲｈのうち少なくとも１種を含む。）から構成される。Ｍｎ−ＴＭ合金としては、例えば、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎ、ＮｉＭｎ、ＩｒＭｎ、ＰｔＰｄＭｎが挙げられる。反強磁性層１２は、積層フェリピン構造Ｐの第一固定強磁性層１３に交換相互作用を及ぼして第一固定強磁性層１３の磁化を所定の向きに固定する。
＜非磁性結合層＞
図３において、非磁性結合層１４は、その膜厚が第一固定強磁性層１３と第二固定強磁性層１５とが反強磁性的に交換結合する範囲に設定される。その範囲は、０．４ｎｍ〜１．５ｎｍ（好ましくは０．４ｎｍ〜０．９ｎｍ）である。非磁性結合層１４は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｕ系合金、Ｒｈ系合金、Ｉｒ系合金等の非磁性材料から構成される。Ｒｕ系合金としてはＲｕに、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＭｎのうちいずれか一つ、あるいはこれらの合金との非磁性材料が好適である。
＜非磁性金属中間層＞
図３において、非磁性金属中間層１６は、例えば、膜厚１．５ｎｍ〜１０ｎｍの非磁性の導電性材料より構成される。非磁性金属中間層１６に好適な導電性材料としてはＣｕ、Ａｌ等が挙げられる。
〔実施形態２〕
図６に、図３の磁気抵抗効果素子１００の非磁性金属中間層１６を非磁性絶縁中間層１６Ｘに置き換えたトンネル型磁気抵抗効果素子１２０の構造例を示す。他の層構成は図３に示した磁気抵抗効果素子１００の層構成と同じである。
非磁性絶縁中間層１６Ｘ、例えば厚さが０．２ｎｍ〜２．０ｎｍからなり、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の酸化物からなる。このような酸化物としては、ＭｇＯ、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＺｒＯx、ＶＯｘ、ＬＳＭＯ（ＬａＳｒＭｎＯ３）、ＳＦＭＯ（Ｓｒ２ＦｅＭｏＯ６）などが挙げられる。ここで、ｘは各々材料の化合物の組成からずれた組成でもよいことを示す。特に、非磁性絶縁中間層１６Ｘは、結晶質のＭｇＯであることが好ましく、特に、センス電流の方向に垂直な膜面の単位面積のトンネル抵抗変化量が増加する点で、ＭｇＯの（００１）面は、膜面に略平行であることが好ましい。また、非磁性絶縁中間層１６ＸはＡｌ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群のうちいずれか１種の窒化物、あるいは酸窒化物から構成されてもよい。このような窒化物としては、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＺｒＮが挙げられる。
非磁性絶縁中間層１６Ｘの形成方法は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法を用いて上記の材料を直接形成してもよく、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法を用いて金属膜を形成後、酸化処理や窒化処理を行って酸化膜や窒化膜に変換してもよい。
〔実施形態３〕
図７に、図３の磁気抵抗効果素子１００を二層構造にしたデュアル形式の磁気抵抗効果素子の構造例を示す。
図示したデュアル形式の磁気抵抗効果素子１３０は、アモルファス金属下地層１０１Ａと非磁性金属下地層１０１Ｂの二層から成る下地層１０１上に、積層フェリスピンバルブ構造の構成層のうち反強磁性層１２から第一の固定強磁性層１３、非磁性結合層１４、第二の固定強磁性層１５、非磁性金属中間層１６を経て自由強磁性層１７までが下から順に積層した下部積層領域Ｓ１の上に、これとは逆順に自由強磁性層１７から非磁性金属中間層１６、第二の固定強磁性層１５、非磁性結合層１４、第一の固定強磁性層１３を経て、反強磁性層１２までを下から順に積層した上部積層領域Ｓ２を、両積層領域Ｓ１、Ｓ２の自由強磁性層１７を共有層として一体に重ね合わせたデュアル形式の積層フェリスピンバルブ構造を有する。このようにデュアル形式とすることにより、出力ΔＲＡを２倍に増強することができる。
〔実施形態４〕
図８に、本発明の磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドを備えた磁気ヘッドの構造例を示す。
図示した磁気ヘッド２００は、アルチック基板２１０の上に形成された本発明の磁気抵抗効果素子２２４（＝１００、１２０、１３０など）を含む再生ヘッド２２０と、その上に形成された誘導型記録素子による書き込みヘッド２３０から構成される。
書き込みヘッド２３０は、媒体対向面に磁気記録媒体のトラック幅に相当する幅を有する上部磁極２３２と、非磁性材料からなる記録ギャップ層２３４を挟んで上部磁極２３２に対向する下部磁極２３６と、上部磁極２３２と下部磁極２３６とを磁気的に接続するヨーク（図示せず）と、ヨークを巻回し、記録電流により記録磁界をする誘起するコイル（図示せず）等からなる。上部磁極２３２、下部磁極２３６、およびヨークは軟磁性材料より構成される。この軟磁性材料としては、記録磁界を確保するために飽和磁束密度の大なる材料、例えば、Ｎｉ８０Ｆｅ２０、ＣｏＺｒＮｂ、ＦｅＮ、ＦｅＳｉＮ、ＦｅＣｏ、ＣｏＮｉＦｅ等が挙げられる。なお、書き込みヘッド２３０はこれに限定されるものではなく、公知の構造の誘導型記録素子を用いることができる。
再生ヘッド２２０は、アルチック基板２１０上に、下部電極層２２２を介して磁気抵抗効果素子２２４（＝１００、１２０、１３０など）を備え、磁気抵抗効果素子２２４の上部には上部電極層２２６が形成されている。磁気抵抗効果素子２２４の周囲はアルミナ等の絶縁層２２７中に埋め込まれた磁区制御層２２６が取り囲んでいる。磁区制御膜２２８は、例えば、Ｃｒ膜と強磁性のＣｏＣｒＰｔ膜との積層体からなる。磁区制御膜２２８は、磁気抵抗効果素子２２４を構成する自由磁化層（図３、６、７の参照番号１７）の単磁区化を図り、バルクハウゼンノイズの発生を防止する。
下部電極２２２および上部電極２２６はセンス電流Ｉsの流路としての機能に加え、磁気シールドとしての機能も兼ねる。そのため、下部電極２２２および上部電極２２６は、軟磁性合金、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ等から構成される。さらに下部電極２２２と磁気抵抗効果素子２２４との界面に導電膜、例えば、Ｃｕ膜、Ｔａ膜、Ｔｉ膜等を設けてもよい。
一般に、再生ヘッド２２０および書き込みヘッド２３０は、腐食等を防止するためアル
ミナ膜や水素化カーボン膜等により覆われる。
センス電流Ｉｓは、例えば上部電極２２６から、磁気抵抗効果素子２２４をその構成層の膜面にほぼ垂直に流れ下部電極２２２に達する。磁気抵抗効果素子２２４は、磁気記録媒体からの漏洩する信号磁界の強度および方向に対応して電気抵抗値、いわゆる磁気抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子２０は、ＧＭＲ膜３０の磁気抵抗値の変化を、所定の電流量のセンス電流Ｉｓを流して、電圧変化として検出する。このようにして、磁気抵抗効果素子２２４を含む再生ヘッド２２０は磁気記録媒体に記録された情報を再生する。なお、センス電流Ｉｓの流れる方向は図１に示す方向に限定されず、逆向きでもよい。
〔実施形態５〕
図９に、本発明の磁気抵抗効果素子を再生ヘッドに用いた磁気ヘッドを備えた磁気記録装置の平面図を示す。
図示した磁気記録装置３００は、ハウジング３０２内に、スピンドル（図示されず）により駆動されるハブ３０４、ハブ３０４に固定されスピンドルにより回転される磁気記録媒体３０６、アクチュエータユニット３０８、アクチュエータユニット３０８に支持され磁気記録媒体３０６の径方向に駆動されるアーム３１０およびサスペンション３１２、サスペンション３１２に支持された磁気ヘッド３１４が設けられている。
磁気記録媒体３０６は面内磁気記録方式あるいは垂直磁気記録方式のいずれの磁気記録媒体でもよく、斜め異方性を有する記録媒体でもよい。磁気記録媒体３０６は磁気ディスクに限定されず、磁気テープであってもよい。
磁気ヘッド３１４は、例えば図８の磁気ヘッド２００であり、誘導型記録素子２３０は面内記録用のリング型の記録素子でもよく、垂直磁気記録用の単磁極型の記録素子でも
よく、他の公知の記録素子でもよい。磁気抵抗効果素子２２０は、本発明の磁気抵抗効果素子（＝１００、１２０、１３０等）であり、単位面積の磁気抵抗変化量ΔＲＡ、あるいは単位面積のトンネル抵抗変化量が大きく、高出力である。さらに、自由磁化層の保磁力が低減されているので感度が高い。よって、磁気記録装置３００は、高記録密度記録に好適である。
本発明のＣＰＰ型磁気抵抗効果素子は、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ：（Magnetoresistive RAM）への応用にもまた有効である。ＭＲＡＭは、下記のように電流磁界型とスピン注入型に分けられるが、いずれのタイプにおいても本発明の磁気抵抗効果素子の特徴である高い出力（＝より低い電流密度で読み書きが可能）と低い保磁力（＝磁化反転が容易）が達成され、高密度なＭＲＡＭを実現することができる。
〔実施形態６〕
図１０に、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた電流磁界型のランダムアクセスメモリを模式的に示す。
図示した電流磁界記録型ＭＲＡＭ４１０は、本発明の磁気抵抗効果素子４１２（＝１００、１２０、１３０等）を、複数のビット線（リード線）４１４と複数のワード線４１６とで構成したマトリクスの格子点に配置し、ビット線４１４およびワード線４１６をそれぞれ磁気抵抗効果素子４１２の上部電極および下部電極に接続した構造を持つ。
この構造において、ビット線４１２およびワード線４１３に電流Ｉｘを流し、発生した電流磁界によって磁気抵抗効果素子４１２の自由強磁性層１７（図３、６、７）の磁化反転を起こす。４１８は読み出し用の一方の電極である。
〔実施形態７〕
図１１に、本発明の磁気抵抗効果素子を用いたスピン注入型のランダムアクセスメモリを模式的に示す。
図示したスピン注入型ＭＲＡＭ４２０は、本発明の項記載の磁気抵抗効果素子４２２を用い、複数のビット線（リード線）４２４を磁気抵抗効果素子４２２の上部電極に接続した構造を持つ。
この構造において、ビット線４２４にスピン偏極電流Ｉｓを流すことによって磁気抵抗効果素子４２２の自由強磁性層１７（図３、６、７）の磁化反転を起こす。４２６は読み出し用の一方の電極である。
〔実施例１〕
本発明による磁気抵抗効果素子を作製した。比較のために従来例および比較例の磁気抵抗効果素子も作製した。本発明例と従来例および比較例とは、下地層の層構成のみが異なり他の層構成は同じとした。
図７に示すデュアルスピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子を下記の条件および手順で作製した。
熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、下部電極として、シリコン基板側からＣｕ（
２５０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（５０ｎｍ）の積層膜を形成した。
次いで、スパッタ装置を用い、超高真空（真空度：２×１０-6Ｐａ以下）中にて、常温（基板の加熱なし）で、表１の組成および厚さの下地膜１０１（図７）を形成した。
次いで、同じ条件下にて下記の各層を順次形成した。
反強磁性層１２：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
下部第一固定強磁性層１３：ＣｏＦｅ（３．５ｎｍ）
非磁性結合層１４：Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
下部第二固定強磁性層１５：Ｃｏ５７．５Ｆｅ２０Ａｌ２２．５またはＣｏ４５Ｍｎ２２．５Ａｌ３２．５（３．８ｎｍ）
非磁性金属中間層１６：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
自由強磁性層１７：Ｃｏ５７．５Ｆｅ２０Ａｌ２２．５またはＣｏ４５Ｍｎ２２．５Ａｌ３２．５（３．８ｎｍ）
非磁性金属中間層１６：Ｃｕ（３．５ｎｍ）
上部第二固定強磁性層１５：Ｃｏ５７．５Ｆｅ２０Ａｌ２２．５またはＣｏ４５Ｍｎ２２．５Ａｌ３２．５（３．８ｎｍ）
非磁性結合層１４：Ｒｕ（０．７５ｎｍ）
上部第一固定強磁性層１３：ＣｏＦｅ（３．５ｎｍ）
反強磁性層１２：ＩｒＭｎ（５ｎｍ）
保護層１８：Ｒｕ（５ｎｍ）
次いで、反強磁性層１２の反強磁性を発現させるための熱処理を行った。熱処理の条件は、加熱温度３００℃、処理時間３時間、印加磁界１９５２ｋＡ／ｍとした。
次いで、このようにして得られた積層体をイオンミリングにより研削し、実際のヘッドを想定したサイズ０．１μｍ２〜０．６μｍ２の個々の素子となる積層体を作製した。
最後に、得られた積層体をシリコン酸化膜で覆い、次いでドライエッチングにより保護層を露出させ、保護層に接触するようにＡｕ膜からなる上部電極を形成し、個々の磁気抵抗効果素子を得た。
得られた素子サンプルについて、磁気抵抗変化率（ΔＲＡ）、保磁力（Ｈｃ）、抵抗が半分になる点の磁場Ｈｕａ、外部磁場ゼロからのシフト量Ｈｉｎを測定した。測定条件は下記のとおりであった。
＜特性の測定条件＞
印加磁場：１０００Ｏｅ
センス電流：２ｍＡ
表１に、測定結果をまとめて示す。
Figure 2007273504
従来の下地層であるＮｉＣｒ層とＲｕ単独層とを比較すると、ＣｏＦｅＡｌまたはＣｏＭｎＡｌのどちらの強磁性層を用いた場合でも、ΔＲＡとＨｃは改善したが、Ｈｕａは半分まで低下し、Ｈｉｎが５０Ｏｅ以上と激増した。
これに対して、本発明によるアモルファス金属下地層／非磁性金属下地層の二層構造を適用してＴａ（４ｎｍ）／Ｒｕ（４ｎｍ）の二層下地層を用いると、従来のＮｉＣｒ下地層と比較してＨｉｎは同等でＨｕａは３／４に低下したが、ＨｃがＣｏＦｅＡｌ強磁性層の場合は半減し、ＣｏＭｎＡｌ強磁性層の場合はほぼゼロまで低下した。更に、出力ΔＲＡは、どちらの強磁性層を用いた場合にも２割程度増加した。
ここで、Ｔａ／Ｒｕ２層構造以外の組合せを用いた各比較例（Ｔａ／ＮｉＦｅ、Ｔａ／ＮｉＣｒ、ＮｉＣｒ／Ｔａ／Ｃｕ）の組合せでは、従来例のＮｉＣｒ下地層と比較して特にΔＲＡについては優位性が少ない。Ｈｕａは第一固定強磁性層と第二固定強磁性層との磁気モーメントの比率で増加させることができるが、ＨｃおよびＨｉｎを低下させることは一般的には難しく、Ｈｕａが３／４程度まで落ちることはＨｃが半分になることと比較し大きな問題ではない。このことから、本発明によるＴａ／Ｒｕの組合せの２層下地層は、従来の下地層ＮｉＣｒと比較してΔＲＡが大幅に増加し、Ｈｃが著しく低下している。同時に、１４００以上の大きいＨｕａと２０Ｏｅ以下の小さいＨｉｎとが確保できる。
〔実施例２〕
ＣＰＰ構造では、下地層から保護層までの膜厚がそのままリードギャップ（read-gap）になるため、高記録密度の読み出しにおいては保護層の膜厚をできる限り薄くする必要がある。
実施例１のＣｏＦｅＡｌ強磁性層とＴａ／Ｒｕの２層下地層との組合せについて、アモルファス金属下地層であるＴａの厚さと、非磁性金属下地層であるＲｕの厚さを種々に変えた磁気抵抗効果素子を作製し、各特性を評価した。作製方法および評価方法は実施例１と同様であった。評価結果を表２にまとめて示す。
Figure 2007273504
Ｔａ層およびＲｕ層の厚さを各々４ｎｍから薄くしていった結果、Ｔａ層の厚さを０．５ｎｍとするとＨｉｎの増加を抑えることができないが、Ｔａ層の厚さが１ｎｍあればＨｉｎの低減効果を得るには十分である。一方、ΔＲＡ、Ｈｃ、Ｈｕａ、ＨｉｎはＴａ層厚さが１ｎｍまで薄くしても殆ど変化せず、Ｔａ １ｎｍ／Ｒｕ １ｎｍ（下地層厚さ：２ｎｍ）の場合でも、高いΔＲＡ（≧６．３ｍΩμm２）およびＨｕａ（≧１４００Ｏｅ）と、低いＨｃ（≦３Ｏｅ）およびＨｉｎ（≦２０Ｏｅ）が達成され、下地層として十分に機能した。
これは従来のＮｉＣｒ下地層が４ｎｍ以上必要とされていたのに比較して半分の厚さに低減できることを示しており、リードギャップ低減の観点からも本発明の下地層は非常に有利である。
以上の実施例においては、非磁性金属中間層１６を用いたＧＭＲ（巨大磁気抵抗素子）について説明したが、非磁性金属中間層１６を非磁性絶縁中間層１６Ｘに置き換えたトンネル磁気抵抗効果素子ＴＭＲについても同様の効果が得られる。非磁性絶縁中間層１６Ｘとしては、既に説明したように、ＭｇＯ、ＡｌＯx、ＴｉＯx、ＺｒＯx、ＶＯｘ、ＬＳＭＯ（ＬａＳｒＭｎＯ３）、ＳＦＭＯ（Ｓｒ２ＦｅＭｏＯ６）などが挙げられる。
以上説明した本発明の各形態を下記に付記としてまとめて記載する。
（付記１） 最下層の下地層と、その上方の固定強磁性層と、非磁性金属中間層と、自由強磁性層とを含む積層フェリスピンバルブ構造を有し、前記自由強磁性層が下記（１）（２）：
（１）ＣｏＦｅＡｌ三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量〔各含有量の単位は原子％〕）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成、または
（２）ＣｏＭｎＡｌ三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含
有量，Ａｌ含有量〔各含有の単位は原子％〕）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆおよび点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成、
のうちのいずれかの組成から成るＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
前記下地層が、下層のアモルファス金属下地層と上層の非磁性金属下地層とから成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記２） 付記１において、
上記下地層の下層を成すアモルファス金属は、下記（ａ）（ｂ）（ｃ）：
（ａ）Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちのいずれか１種の単体金属、
（ｂ）Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうちのいずれか１種以上の成分と、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂのうちのいずれか１種以上の成分とから成るアモルファス合金、
（ｃ）Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌのうちのいずれか１種以上の成分と、Ｚｎ、Ｃｄのうちの１種以上とから成るアモルファス合金、
から成る群から選択された１種であり、
上記下地層の上層を成す非磁性金属は、下記：
Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒから成る群から選択された１種である、
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記３） 付記１または２において、上記固定強磁性層が上記（１）の組成から成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記４） 付記１から３までのいずれか１項において、上記積層フェリスピンバルブ構造が、下から順に上記下地層、反強磁性層、第一の固定強磁性層、非磁性結合層、第二の固定強磁性層、非磁性金属中間層、自由強磁性層、保護層を備えて成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記５） 付記４において、上記第二の固定強磁性層が、ＣｏＭｎＺ（但し、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎｉのうちのいずれか１種以上）から成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記６） 付記４または５において、上記積層フェリスピンバルブ構造の非磁性金属中間層に替えて非磁性絶縁中間層としたトンネル型であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記７） 付記１から６までのいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドを備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
（付記８） 付記７記載の磁気ヘッドと磁気記録媒体とを備えた磁気記録装置。
（付記９） 付記１から６までのいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子を複数個用い、複数のビット線と複数のワード線とで構成したマトリクスの格子点に配置し、該複数のビット線および該複数のワード線をそれぞれ上記複数個の磁気抵抗効果素子の上部電極および下部電極に接続した構造を備え、該ビット線および該ワード線に電流を流して発生した電流磁界によって上記自由強磁性層の磁化反転を起こすことを特徴とする電流磁界記録型の磁気ランダムアクセスメモリ。
（付記１０） 付記１から６までのいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子を複数個用い、複数のビット線を上記複数個の磁気抵抗効果素子の上部電極に接続した構造を備え、上記ビット線にスピン偏極電流を流すことによって上記自由強磁性層の磁化反転を起こすことを特徴とするスピン注入型の磁気ランダムアクセスメモリ。
（付記１１） 付記４から６までのいずれか１項において、上記下地層上に、上記積層フェリスピンバルブ構造の構成層のうち反強磁性層から自由強磁性層までが下から順に積層した下部積層領域の上に、これとは逆順に自由強磁性層から反強磁性層までが下から順に積層した上部積層領域を、両積層領域の自由強磁性層を共有層として一体に重ね合わせたデュアル形式の積層フェリスピンバルブ構造を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記１２） 上記自由強磁性層が付記１記載の（２）のＣｏＭｎＡｌ組成または付記４記載のＣｏＭｎＺ組成から成り、付記４または６記載の積層フェリスピンバルブ構造を備え、該自由強磁性層と前記非磁性金属中間層または非磁性絶縁中間層との間に、該自由強磁性層から該非磁性金属中間層または非磁性絶縁中間層へのＭｎの拡散を防止する拡散防止層を備え、該拡散防止層は下記（Ａ）（Ｂ）：
（Ａ）Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉのうちの１種以上の金属またはそれらの合金から成る強磁性材料、または
（Ｂ）Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｈｆのうちの１種以上の金属またはそれらの合金から成る非磁性材料
のうちのいずれかから成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記１３） 付記１〜６、１１、１２のいずれか１項において、磁気抵抗変化ΔＲＡ≧６．３ｍΩμm２、保磁力Ｈｃ≦５Ｏｅ、抵抗が半分になる点の磁場Ｈｕａ≧１４００Ｏｅ、外部磁場ゼロからのシフト量Ｈｉｎ≦２０Ｏｅであることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
（付記１４） 付記１〜６、１１、１２、１３のいずれか１項において、下地層の厚さがアモルファス金属下地層≧１ｎｍかつ非磁性金属下地層≧１ｎｍであることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
図１は、従来の磁気再生ヘッドとして一般的に用いられている磁気抵抗効果素子の層構成を示す断面図である。 図２は、磁気抵抗効果素子にセンス電流を流して、外部磁場を変化させた際の素子の抵抗の変化を模式的に示すグラフである。 図３は、本発明の磁気抵抗効果素子の望ましい形態による層構成の一例を示す断面図である。 図４は、本発明の自由強磁性層に用いるＣｏＦｅＡｌ組成の領域を示す組成図である。 図５は、本発明の自由強磁性層に用いるＣｏＭｎＡｌ組成の領域を示す組成図である。 図６は、図３の磁気抵抗効果素子の非磁性金属中間層を非磁性絶縁中間層に置き換えたトンネル型磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図である。 図７は、図３の磁気抵抗効果素子を二層構造にしたデュアル形式の磁気抵抗効果素子の構造例を示す断面図である。 図８は、本発明の磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドを備えた磁気ヘッドの構造例を示す断面図である。 図９は、本発明の磁気抵抗効果素子を再生ヘッドに用いた磁気ヘッドを備えた磁気記録装置の一例を示す平面図である。 図１０は、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた電流磁界型のランダムアクセスメモリを模式的に示す斜視図である。 図１１は、本発明の磁気抵抗効果素子を用いたスピン注入型のランダムアクセスメモリを模式的に示す斜視図である。
符号の説明
１０ 従来の磁気抵抗効果素子
１１ 下地層
１２ 反強磁性層
１３ 第一の固定強磁性層
１４ 非磁性結合層
１５ 第二の固定強磁性層
１６ 非磁性中間層（非磁性金属中間層）
１６Ｘ 非磁性絶縁中間層
１７ 自由強磁性層
１８ 保護層
Ｐ 積層フェリピン構造
１００、１２０、１３０ 本発明の磁気抵抗効果素子
１０１ 二層構造下地層
１０１Ａ 下層のアモルファス金属下地層
１０１Ｂ 上層の非磁性金属下地層
２００ 磁気ヘッド
２１０ アルチック基板
２２０ 再生ヘッド
２２２ 下部電極層
２２４ 本発明の磁気抵抗効果素子
２２６ 上部電極層
２２７ 絶縁層
２２８ 磁区制限膜
２３０ 書き込みヘッド
２３２ 上部電極
２３４ 記録ギャップ
２３６ 下部電極
３００ 磁気記録装置
３０２ ハウジング
３０４ ハブ
３０６ 磁気記録媒体
３０８ アクチュエータユニット
３１０ アーム
３１２ サスペンション
３１４ 磁気ヘッド

Claims (10)

  1. 最下層の下地層と、その上方の固定強磁性層と、非磁性金属中間層と、自由強磁性層とを含むスピンバルブ構造を有し、前記自由強磁性層が下記（１）（２）：
    （１）ＣｏＦｅＡｌ三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｆｅ含有量，Ａｌ含有量〔各含有量の単位は原子％〕）として表すと、点Ａ（５５，１０，３５）、点Ｂ（５０，１５，３５）、点Ｃ（５０，２０，３０）、点Ｄ（５５，２５，２０）、点Ｅ（６０，２５，１５）、点Ｆ（７０，１５，１５）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、および点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成、または
    （２）ＣｏＭｎＡｌ三元系の組成図において、各組成の座標を（Ｃｏ含有量，Ｍｎ含
    有量，Ａｌ含有量〔各含有の単位は原子％〕）として表すと、点Ａ（４４，２３，３３）、点Ｂ（４８，２５，２７）、点Ｃ（６０，２０，２０）、点Ｄ（６５，１５，２０）、点Ｅ（６５，１０，２５）、点Ｆ（６０，１０，３０）として、点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆおよび点Ａをこの順にそれぞれ直線で結んだ領域内の組成、
    のうちのいずれかの組成から成るＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子であって、
    前記下地層が、下層のアモルファス金属下地層と上層の非磁性金属下地層とから成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 請求項１において、
    前記アモルファス金属下地層は、下記（ａ）（ｂ）（ｃ）：
    （ａ）Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒのうちのいずれか１種の単体金属、
    （ｂ）Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのうちのいずれか１種以上の成分と、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂのうちのいずれか１種以上の成分とから成るアモルファス合金、
    （ｃ）Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌのうちのいずれか１種以上の成分と、Ｚｎ、Ｃｄのうちの１種以上とから成るアモルファス合金、
    から成る群から選択された１種であり、
    前記非磁性金属下地層は、下記：
    Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒから成る群から選択された１種である、
    ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  3. 請求項１または２において、上記固定強磁性層が上記（１）の組成から成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 請求項１から３までのいずれか１項において、上記スピンバルブ構造が、下から順に上記下地層、反強磁性層、第一の固定強磁性層、非磁性結合層、第二の固定強磁性層、非磁性金属中間層、自由強磁性層、保護層を備えて成ることを特徴とするいわゆる積層フェリピン構造を持つ磁気抵抗効果素子。
  5. 請求項４において、上記第二の固定強磁性層が、ＣｏＭｎＺ（但し、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎｉのうちのいずれか１種以上）から成ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  6. 請求項４または５において、上記積層フェリピンバルブ構造の非磁性金属中間層に替えて非磁性絶縁中間層としたトンネル型であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子を含む再生ヘッドを備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
  8. 請求項７記載の磁気ヘッドと磁気記録媒体とを備えた磁気記録装置。
  9. 請求項１から６までのいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子を複数個用い、複数のビット線と複数のワード線とで構成したマトリクスの格子点に配置し、該複数のビット線および該複数のワード線をそれぞれ上記複数個の磁気抵抗効果素子の上部電極および下部電極に接続した構造を備え、該ビット線および該ワード線に電流を流して発生した電流磁界によって上記自由強磁性層の磁化反転を起こすことを特徴とする電流磁界記録型の磁気ランダムアクセスメモリ。
  10. 請求項１から６までのいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子を複数個用い、複数のビット線を上記複数個の磁気抵抗効果素子の上部電極に接続した構造を備え、上記ビット線にスピン偏極電流を流すことによって上記自由強磁性層の磁化反転を起こすことを特徴とするスピン注入型の磁気ランダムアクセスメモリ。
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