JP3607678B2 - 磁気検出素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子に係り、特に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を効果的に図ることが可能な磁気検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来における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断面図である。
【０００３】
符号１は、下部電極であり、前記下部電極１の上にＰｔＭｎなどの反強磁性層２が形成されている。さらに前記反強磁性層２の上にはＣｏＦｅなどで形成された固定磁性層３が形成され、前記固定磁性層３の上にはＣｕなどで形成された非磁性材料層４が形成され、さらに前記非磁性材料層４の上にはＮｉＦｅなどで形成されたフリー磁性層５が形成されている。図８に示すように前記フリー磁性層５の上には上部電極６が形成されている。
【０００４】
図８に示すように、前記固定磁性層３の磁化は、前記反強磁性層２との交換異方性磁界によって図示Ｙ方向に固定される。
【０００５】
また前記フリー磁性層５の磁化は、前記フリー磁性層５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に形成された図示しないハードバイアス層からの縦バイアス磁界によって図示Ｘ方向に揃えられる。
【０００６】
図８に示す磁気検出素子は、電極１、６から流れる電流が、反強磁性層２からフリー磁性層５までの多層膜を膜厚方向（図示Ｙ方向）に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる磁気検出素子である。
【０００７】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、電極から流れる電流が、反強磁性層２からフリー磁性層５までの多層膜を膜面と平行な方向（図示Ｘ方向）に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の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でき、ＣＰＰ型は、今後の高記録密度化に伴う素子サイズの狭小化に適切に対応できるものと期待された。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで今後の高記録密度化に向けたＣＰＰ型磁気検出素子の実用化の一つの課題として、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上がある。抵抗変化率の向上を図るには、抵抗変化量（ΔＲ）を向上させなければならない。
【０００９】
前記抵抗変化量（ΔＲ）は、［β２／（１−β２）］・ρＦ・ｔＦに比例することがわかっている。ここでβは、強磁性層（固定磁性層３及びフリー磁性層５）の材質によって決定される値であり、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）［ここで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］なる関係式が成り立っている。
【００１０】
またρＦは強磁性層の比抵抗値（ダウンスピン及びアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値の平均値）であり、ｔは強磁性層の膜厚である。
【００１１】
従来、強磁性層としてはＣｏＦｅ合金などが使用されていた。前記ＣｏＦｅ合金は、前記β値が概ね０．５であり、また比抵抗値ρＦは、概ね１６μΩ・ｃｍであった。
【００１２】
また「Ｈｏｗ ｐｒｅｄｉｃｔａｂｌｅ ｉｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｐｌａｎｅ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ？（ｉｎｖｉｔｅｄ）」（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７９（８），１５ Ａｐｒｉｌ １９９６）の表１には、Ｃｏのβ値が０．３８〜０．５４、Ｎｉ８４Ｆｅ１６のβ値が０．３４〜０．６６であることが記載されている。
【００１３】
また「Ａｎｄｒｅｅｖ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：Ａ ｎｅｗ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｐｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（１９９９ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ）のグラフ４には、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅの分極率Ｐが概ね０．３３〜０．４５であることが開示されている。なおここで「分極率Ｐ」は、上記したβ値と相関があり、分極率Ｐが大きいとβ値（絶対値）も大きくなることがわかっている。
【００１４】
しかしながらＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、Ｎｉ８４Ｆｅ１６、ＮｉＦｅ、Ｎｉ及びＦｅなどの磁性材料では、前記β値や分極率Ｐなどが十分に大きな値ではなく、今後の高記録密度化に適切に対応するには、さらに抵抗変化量（ΔＲ）を大きくして、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが期待された。
【００１５】
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、特に磁性層の材質および膜構造を改良することで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的であり、強磁性且つハーフメタル的であり、組成式がＸ ２ ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明はＣＰＰ型の磁気検出素子であり、センス電流は、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に流れる。
【００１８】
本発明では、前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されていることに特徴がある。「ハーフメタル（Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌ）的」とは、強磁性体や反強磁性体において、片方のスピンの伝導電子が金属的な振る舞いをし、他方のスピンの伝導電子が絶縁体的な振る舞いをすることをいう。
【００１９】
従来、強磁性層に使用されていたＣｏＦｅ合金などの磁性材料は、金属的な性質を有していたが、ハーフメタル的な性質を有する合金層は、前記ＣｏＦｅ合金などに比べてβ値あるいは分極率Ｐが大きく（具体的にはβ値（絶対値）は０．７以上または分極率Ｐ（絶対値）は０．５以上）、また比抵抗値ρも大きいことから、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を含むことで、従来よりも抵抗変化量ΔＲを大きくすることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になる。
【００２０】
前記β値が大きくなることにより抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなる理由（メカニズム）は、前記β値が大きくなると、片方のスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↓）が大きくなり、逆に他方のスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↑）は小さくなり、これはすなわち前記片方のスピンの伝導電子が強磁性層内を流れにくくなり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が短くなる（絶縁的な挙動を示す）一方、他方のスピンの伝導電子が強磁性層内を流れやすくなり他方のスピンの伝導電子の平均自由行程が延びる（金属的な挙動を示す）ことでアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくなったからであると考えられる。
【００２１】
また前記分極率Ｐが大きくなることにより抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなる理由（メカニズム）は、前記分極率Ｐが大きくなると、片方のスピンはフェルミエネルギー近傍の状態密度が高く（＝個数が多く）なり、一方、他方のスピンはフェルミエネルギー近傍の状態密度が低く（＝個数が少なく）なり、これによって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差が大きくなって、抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなったからであると考えられる。
【００２２】
このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、前記スピン偏極性の大きさは、フリー磁性層２６と固定磁性層２０との相対的な磁化方向の関係で変化する。
【００２３】
前記ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＭｎＺ（Ｚ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）であることが好ましい。
【００２４】
または本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的であり、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることを特徴とするものである。
具体的には、前記ホイスラー合金は、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎであることが好ましい。
【００２７】
また本発明では、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は２層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層以外の磁性層に前記ホイスラー合金からなる層が形成されてもよい。前記ホイスラー合金からなる層がＭｎを多量に含む組成の場合には、非磁性導電材料層とこのＭｎとが拡散しやすく、拡散したＭｎはアップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を短くしてしまい、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を低下させるおそれがあるものと考えられる。従って前記ホイスラー合金からなる層がＭｎを多量に含む組成である場合には、前記ホイスラー合金からなる層を非磁性導電材料層から離した位置に形成することが抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図る上で好ましいものと思われる。
【００２８】
また本発明では、前記ホイスラー合金からなる層が形成された磁性層以外の磁性層はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金あるいはＣｏのいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。
【００２９】
また本発明では、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は磁性層の３層構造からなり、それら３層のうち、真ん中の磁性層に前記ホイスラー合金からなる層が形成されることが好ましい。このように前記非磁性導電材料層と前記ホイスラー合金からなる層とを離すことで、上記したように非磁性導電材料層との間での拡散を防止し伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を長く延ばすことができること、および前記ホイスラー合金からなる層を反強磁性層からも離すことで前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界を大きなものにできるなどの効果を期待することができる。
【００３０】
なお本発明では、かかる場合、前記真ん中の磁性層以外の磁性層はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金あるいはＣｏのいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３１】
また本発明では、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は、第１磁性層と第２磁性層間に非磁性中間層が介在する積層フェリ構造であり、少なくとも前記磁性層のうち非磁性導電材料層と接する側の第１磁性層が、上記した前記ホイスラー合金からなる層を有する多層構造、あるいは前記ホイスラー合金からなる層の単層構造で形成されることが好ましい。
また本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は２層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層に強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成されることを特徴とするものである。
前記非磁性導電材料層と接する磁性層が最も抵抗変化率に寄与する部分であるから、この部分に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を形成することで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になると考えられる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００３３】
図１に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された信号を再生するためのものである。図示していないが、この磁気検出素子上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【００３４】
また前記磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。前記スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【００３５】
図１に示す符号１０は、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された下部シールド層１０である。この実施形態では前記下部シールド層１０が下部電極を兼ねている。
【００３６】
前記上部シールド層１０の上には非磁性材料で形成された下地層１１が形成されている。前記下地層１１が下部ギャップ層を兼ねている。前記下地層１１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。前記下地層１１は例えば５０Å以下程度の膜厚で形成される。
【００３７】
次に前記下地層１１の上にはシードレイヤ１２が形成される。前記シードレイヤ１２を形成することで、前記シードレイヤ１２上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。
【００３８】
前記シードレイヤ１２はＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シードレイヤ１２は形成されていなくてもよい。
【００３９】
次に前記シードレイヤ１２上には反強磁性層１３が形成される。前記反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【００４０】
これらの反強磁性材料は、耐食性に優れしかもブロッキング温度も高く次に説明する固定磁性層２４との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また前記反強磁性層１３は８０Å以上で３００Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００４１】
次に前記反強磁性層１３の上には固定磁性層２０が形成されている。この実施形態では前記固定磁性層２０は５層構造で形成されている。
【００４２】
前記固定磁性層２０を構成する符号１４の単層、および符号１９の多層は磁性層であり、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９との間に、Ｒｕなどで形成された非磁性中間層１５が介在し、この構成により、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる積層フェリ構造と呼ばれる。なおこの明細書においては、積層フェリ構造において、非磁性材料層２１と接する側の磁性層を第１磁性層と、もう一方の磁性層を第２磁性層と呼ぶ。前記非磁性中間層１５は、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。
【００４３】
前記反強磁性層１３と前記固定磁性層２０の前記反強磁性層１３に接する第２磁性層１４との間には磁場中熱処理によって交換異方性磁界が発生し、例えば前記第２磁性層１４の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定された場合、もう一方の第１磁性層１９を構成する３層の磁性層はＲＫＫＹ相互作用により、ハイト方向とは逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に磁化され固定される。この構成により前記固定磁性層２０の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層２０と前記反強磁性層１３との界面で発生する交換異方性磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００４４】
なお例えば、前記第２磁性層１４の膜厚は１０〜７０Å程度、多層からなる第１磁性層１９の膜厚は、２０Å〜８０Å程度で形成される。また非磁性中間層１５の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成される。
【００４５】
また前記第２磁性層１４と第１磁性層１９はそれぞれ単位面積当たりの磁気モーメントが異なっている。前記磁気モーメントは飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔで設定され、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９の磁気モーメントを異ならせることで適切に前記第２磁性層１４と第１磁性層１９を積層フェリ構造にすることが可能である。
【００４６】
前記固定第１磁性層１９の上には非磁性材料層（非磁性導電材料層）２１が形成されている。前記非磁性材料層２１は例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。前記非磁性材料層２１は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００４７】
次に前記非磁性材料層２１の上にはフリー磁性層２６が形成される。この実施形態では、前記フリー磁性層２６は磁性層の３層構造で形成される。また前記フリー磁性層２６の全体の膜厚は、２０Å以上で２００Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。
【００４８】
前記フリー磁性層２６の上には、非磁性材料で形成された保護層２５が形成されている。前記保護層２５は上部ギャップ層をも兼ねる。前記保護層２５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。前記保護層２５は例えば５０Å以下程度の膜厚で形成される。
【００４９】
図１に示すように、下地層１１から保護層２５までの多層膜に比べて、前記下部シールド層１０は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に長く延ばされて形成されている。そして前記多層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって延出した前記下部シールド層１０上にはＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁材料で形成された絶縁層４０が形成されている。この実施形態では前記絶縁層４０の上面は、前記フリー磁性層２６の下面より下側に形成され、前記絶縁層４０上に形成されたＣｏＰｔＣｒ合金などで形成されたハードバイアス層２７が前記フリー磁性層２６の両側端面に磁気的に接続された状態になっている。なお前記ハードバイアス層２７は前記フリー磁性層２６の両側端面に少なくとも一部、磁気的に接続されていればよい。前記ハードバイアス層２７からの縦バイアス磁界が前記フリー磁性層２６内に流入することで前記フリー磁性層２６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に単磁区化される。前記フリー磁性層２６の磁化状態は、前記固定磁性層２０の磁化状態と異なって外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化されている。
【００５０】
前記ハードバイアス層２７の上にはＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁材料で形成された絶縁層２８が形成されている。このように前記ハードバイアス層２７の上下は絶縁層４０、２８によって囲まれている。
【００５１】
図１に示すように、前記保護層２５の上面と前記絶縁層２８の上面はほぼ同一平面状に形成された状態にあり、前記保護層２５上から前記絶縁層２８上にかけてＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された上部シールド層２９が形成されている。前記上部シールド層２９は磁気検出素子の上部電極をも兼ねている。
【００５２】
図１に示す実施形態では、前記下部シールド層１０及び上部シールド層２９がシールド機能のみならず電極としても機能しているため、前記下地層１１から保護層２５間までの膜厚でギャップ長Ｇｌを決定でき、前記ギャップ長Ｇｌの長さ寸法を短くすることができる。
【００５３】
図１に示す実施形態では、下地層１１から保護層２５までの多層膜の上下に電極を兼用したシールド層１０、２９が形成され、前記シールド層１０、２９間を流れる電流は、前記多層膜を膜厚方向（図示Ｚ方向）に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型となっている。前記電流は、前記ハードバイアス層２７の上下が絶縁層４０、２８で囲まれていることで、このハードバイアス層２７に分流することなく適切に前記多層膜内を流れ、再生出力の向上を図ることが可能になっている。
【００５４】
この磁気検出素子では、ハードディスクなどの記録媒体の走行方向はＺ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層２６の磁化が図示Ｘ方向と平行な方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層２６内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２０の第１磁性層１９の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、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に示す磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明する。図１に示す実施形態では、前記非磁性材料層２１と接する側の固定磁性層２０の第１磁性層１９が磁性層の３層構造となっている。前記第１磁性層１９が実際に磁気抵抗効果に寄与する層であるので、特にこの第１磁性層１９を以下のような構造にすることで、従来に比べて高い抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。
【００５６】
前記第１磁性層１９を構成する３層の磁性層のうち真ん中の磁性層１７が強磁性且つハーフメタル的な合金層である。「強磁性」である必要性は、この合金が使用される層が第１磁性層１９の一部を成し、磁化をハイト方向（図示Ｙ方向）に適切にピン止めする必要があるからである。ここで「ハーフメタル（Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌ）的」とは、強磁性体や反強磁性体において、片方のスピンの伝導電子が金属的な振る舞いをし、他方のスピンの伝導電子が絶縁体的な振る舞いをすることをいう。
【００５７】
抵抗変化量（ΔＲ）は、［β２／（１−β２）］・ρＦ・ｔＦに比例する。ここでβは、磁性層１７の材質によって変化する値（なおβは−１よりも大きく１よりも小さい範囲内の値）であり、このβ値が大きいほど抵抗変化量（ΔＲ）を大きくできる。前記強磁性且つハーフメタル的な合金のβ値は、従来、強磁性層として使用されてきたＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金のそれに比べて大きく、これによって「ハーフメタル的」な性質を帯びる。なお本発明では、０．７以上のβ値（絶対値）を有し、あるいは後述する分極率Ｐ（絶対値）を０．５以上有する強磁性合金を「ハーフメタル的」と規定する。
【００５８】
前記β値には、ρ↓（ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値）／ρ↑（アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値）＝（１＋β）／（１―β）なる関係が成り立っている。すなわちβ値が大きくなるということは、ρ↓が大きくなり且つρ↑が小さくなることを意味する。
【００５９】
従って前記β値が大きくなるほど、ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↓）は大きくなる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に対する比抵抗値（ρ↑）は小さくなるから強磁性層内を前記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差が大きくなると考えられる。このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、β値が高い、具体的には０．７以上のβ値（絶対値）を有する強磁性且つハーフメタル的な合金は、このスピン偏極性が強く働き、前記平均自由行程差はよりいっそう大きくなる。
【００６０】
そして抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、アップスピン及びダウンスピンの伝導電子の各平均自由行程差に対して正の相関を示すから、従来よりも前記β値が大きいハーフメタル的な合金を使用したことよる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差の拡大によって抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大し、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能な磁気検出素子を製造することが可能になるのである。
【００６１】
「ハーフメタル的」な性質を有するか否かは、上記したβ値以外に分極率Ｐの大きさによって判断することもできると考えられる。前記分極率Ｐはβ値と相関があり、分極率Ｐが大きいとβ値（絶対値）が大きくなることがわかっている。
【００６２】
前記分極率Ｐの大きさは抵抗変化量（ΔＲ）に比例するので、前記分極率Ｐが大きくなるほど前記抵抗変化量（ΔＲ）を大きくすることができる。前記分極率ＰはＰ＝（Ｎ↑−Ｎ↓）／（Ｎ↑＋Ｎ↓）（ただしＰは、−１≦Ｐ≦１である）で示され、Ｎ↑は、フェルミエネルギー付近におけるアップスピンの伝導電子数であり、Ｎ↓は、フェルミエネルギー付近におけるダウンスピンの伝導電子数であり、フェルミエネルギー付近における伝導電子が、実際に伝導に寄与する。
【００６３】
上記関係式によれば、Ｎ↑が大きくなり｛すなわちフェルミエネルギー近傍の状態密度が高くなり（＝個数が多くなり）｝、Ｎ↓が小さくなる｛すなわちフェルミエネルギー近傍の状態密度が低くなる（＝個数が少なくなる）｝ほど分極率Ｐは大きくなり、よって抵抗変化量（ΔＲ）は大きくなる。
【００６４】
Ｎ↑が大きくなりＮ↓が小さくなるということは、強磁性層内をアップスピンによる伝導電子が流れやすくなって前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程が延び、一方、ダウンスピンによる伝導電子が流れ難くなり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が短くなったことを意味し、よって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差が大きくなって、抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなるものと考えられる。
【００６５】
従って前記分極率Ｐが大きい強磁性且つハーフメタル的な合金を磁性層１７として使用することが好ましい。具体的には前記分極率Ｐ（絶対値）は０．５以上であることが好ましい。本発明では、前記分極率Ｐ（絶対値）が０．５以上である強磁性材料を「ハーフメタル的」な性質を有しているものとする。
【００６６】
なおスピン偏極性の大きさは、フリー磁性層２６と固定磁性層２０との相対的な磁化方向の関係で変化する。
【００６７】
また強磁性且つハーフメタル的な合金層は、ＣｏＦｅ合金などに比べて比抵抗値（ρＦ）も大きいので、前記第１磁性層１９の真ん中の磁性層１７を強磁性且つハーフメタル的な合金層とすることで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。なおここで言う「比抵抗値（ρＦ）」とは、アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値とダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値の平均値のことである。
【００６８】
前記磁性層１７として使用される材質は、上記したように強磁性且つハーフメタル的な合金であることと、さらにキュリー温度（Ｔｃ）が２００℃以上であることが好ましい。前記キュリー温度（Ｔｃ）が２００℃よりも低いと使用環境温度等からして実際にデバイスとして使用できない。また比抵抗ρＦは、５０μΩ・ｃｍ以上であることが好ましい。これによって従来、磁性層としてＣｏＦｅ合金などを使用していた場合に比べて、より適切に抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる。本発明では、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は３０％以上であることが好ましい。
【００６９】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層の材質として本発明では以下の（１）〜（３）の材質を挙げることができる。
（１）組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金。
【００７０】
このホイスラー合金の結晶構造は、Ｌ２構造である。具体的な材質としては、Ｃｏ２ＭｎＺ（Ｚ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）を挙げることができる。
【００７１】
また元素Ｚを２種類以上含んだホイスラー合金としては具体的に、Ｃｏ０．５Ｍｎ０．２５（Ａｌ１００−ａＳｉａ）０．２５（ただしａは０〜１００）を挙げることが
できる。
【００７２】
（２）組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金。
【００７３】
このホイスラー合金の結晶構造は、Ｃ１２構造である。具体的な材質としては、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎを挙げることができる。
【００７４】
これら材質の具体的な分極率Ｐについて説明する。上記した「Ａｎｄｒｅｅｖ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：Ａ ｎｅｗ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｐｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（１９９９ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ）のグラフ４には、ＮｉＭｎＳｂの分極率Ｐが０．５５であることが開示されている。
【００７５】
また「Ｎｅｗ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｈａｌｆ−Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｓ」（１９８３ Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ）の表１には、理論計算により求めたＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎのＮ（Ｅ）↑、Ｎ（Ｅ）↓が記載されており、この数値を用いて分極率Ｐを計算すると、ＮｉＭｎＳｂの分極率Ｐは１、ＰｔＭｎＳｂの分極率Ｐは１、ＰｄＭｎＳｂの分極率Ｐは０．５１、及びＰｔＭｎＳｎの分極率Ｐは−０．３３である。なおＰｔＭｎＳｎは組成比を調整することで分極率Ｐを絶対値で０．５以上にできるものと考えられる。
【００７６】
（３）Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、あるいはＦｅ ３ Ｏ ４
なお上記した「Andreev reflection:A new means to determine the spin polarization of ferromagnetic materials」(1999 American Institute of Physics)のグラフ４には、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３の分極率Ｐが０．５５、ＣｒＯ２の分極率Ｐが０．９であることが開示されている。
【００７７】
上記したホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４は、いずれもβ値（絶対値）が０．７以上あるいは分極率Ｐ（絶対値）が０．５以上で強磁性且つハーフメタル的な性質を有し、これらの材質のいずれかで磁性層１７を形成することで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来に比べて向上させることができる。またこれら材質はいずれもキュリー温度（Ｔｃ）が２００℃以上で、また比抵抗値（ρＦ）も５０μΩ・ｃｍ以上と大きい。
【００７８】
次に前記磁性層１７の上下に形成されている磁性層１６と１８は、従来から使用されている磁性材料、具体的にはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、あるいはＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかで形成されることが好ましい。
【００７９】
まず非磁性材料層２１と接して形成される磁性層１８を、ＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することで、この磁性層１８と非磁性材料層２１間での元素の拡散をより適切に防止でき、アップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を長く延ばし、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能である。
【００８０】
例えば、前記磁性層１８が、上記した（１）や（２）のホイスラー合金であると、前記ホイスラー合金に含まれるＭｎが、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層２１と拡散し、拡散したＭｎはアップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を短くし抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を低下させてしまう虞がある。従って図１のように、強磁性且つハーフメタル的な合金で形成された磁性層１７を、前記非磁性材料層２１から離れた位置に形成し、前記磁性層１７と非磁性材料層２１との間にＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層１８を介在させることで、上記した拡散を適切に防止することが可能になると考えられる。なお前記磁性層１８はＣｏＦｅ合金で形成することがより上記した拡散を防止できて好ましい。
【００８１】
次に図１に示すように、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層１７とＲｕなどで形成された非磁性中間層１５との間にＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層１６を介在させることで、前記第２磁性層１４との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による反強磁性結合を強めることができると考えられ、前記第１磁性層１９の磁化のピン止めを適切に行うことが可能になる。
【００８２】
図１に示す固定磁性層２０は、第２磁性層１４と第１磁性層１９との間にＲｕなどの非磁性中間層１５を挟んだ積層フェリ構造であり、固定磁性層２０の磁化のピン止めを強めるには、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９間で発生するＲＫＫＹ相互作用における反強磁性結合を強める必要がある。このＲＫＫＹ相互作用における反強磁性結合を強めるには、非磁性中間層１５と接する上下の磁性層１４、１６をＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することが好ましく、したがって本発明では、前記磁性層１６をＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することとしたのである。なお前記磁性層１６はＣｏＦｅ合金で形成されることが、より適切にＲＫＫＹ的相互作用における反強磁性結合を強めることができて好ましい。
【００８３】
次に図１に示す実施形態では、フリー磁性層２６が磁性層の３層構造であり、この３層の磁性層のうち真ん中の磁性層２２は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、その上下に形成された磁性層２３、３０はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。
【００８４】
前記フリー磁性層２６も、固定磁性層２０と同様に強磁性且つハーフメタル的な合金層を含むことで、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を形成することができる。
【００８５】
また非磁性材料層２１と接する磁性層３０をＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することで、前記磁性層３０と非磁性材料層２１間での拡散を適切に防止でき、アップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を適切に延ばすことができ、より適切に抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。前記磁性層３０はＣｏＦｅ合金で形成されると、より適切に上記の拡散を防止することが可能になる。
【００８６】
また強磁性且つハーフメタル的な合金よりも保磁力Ｈｃの小さい材質で前記磁性層２３を形成することで、前記フリー磁性層２６の記録磁界に対する感度を向上させることができる。前記磁性層２３はＮｉＦｅ合金で形成されることがより好ましい。
【００８７】
前記フリー磁性層２６は、外部磁界に対して感度良く磁化反転しなければならない。そうでないと再生特性に優れた磁気検出素子を製造できないからである。上記した（１）〜（３）のホイスラー合金等の強磁性且つハーフメタル的な合金は保磁力Ｈｃが大きいものが多い。具体的には１０Ｏｅ（＝約７９０（Ａ／ｍ）以上である。また非磁性材料層２１と接して形成される磁性層３０がＣｏＦｅ合金で形成される場合には、前記ＣｏＦｅ合金の保磁力Ｈｃも比較的大きい。従って、前記フリー磁性層２６の外部磁界に対する感度を向上させるには、保磁力Ｈｃの小さい磁性層を前記フリー磁性層２３内に付加することが好ましい。それが前記磁性層２３であり、ＮｉＦｅ合金で形成された前記磁性層２３は、強磁性且つハーフメタル的な合金やＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層に比べて保磁力Ｈｃが小さく、よって前記フリー磁性層２６に保磁力Ｈｃの小さい磁性層２３を設けることで、外部磁界に対して感度良く磁化反転可能な再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になるのである。
【００８８】
ところで図１のように固定磁性層２０及びフリー磁性層２６を構成する全ての磁性層は、既に説明したβ値の符号及びＰ値の符号がすべて同じ符号となる材質で形成される必要がある。
【００８９】
すなわち例えば強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層１７、２２が正の値のβ値を有しているとすると、磁性層１６、１８、３０、２３も同様に正の値のβ値を有する磁性材料で形成されていなければならない。正の値のβ値を有し、且つこのβ値が高い（具体的には０．７以上）強磁性且つハーフメタル的な合金層には、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばし（金属的な挙動を示す）、一方、ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程を短くする（絶縁的な挙動を示す）作用（スピン偏極性）が強く働き、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差がＣｏＦｅ合金などの金属的な材質を使用する場合に比べて大きくなる。
【００９０】
一方、負の値を有する強磁性且つハーフメタル的な合金層は、逆にダウンスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばし、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を縮める作用が働く。このことは分極率Ｐにも同じく言えることである。
【００９１】
ここで、ＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層１６、１８、３０、２３にも上記したスピン偏極性があるが、これら磁性層のβ値は正の値である。したがって、仮に強磁性且つハーフメタル的な合金層である磁性層１７、２２が、負の値を有するβ値を有していると、正の値のβ値を有する磁性層１６、１８、３０、２３との間で、上記のスピン偏極性が打ち消されてしまい、アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程との差を適切に大きくできず、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に大きくすることができなくなる。
【００９２】
なおＰｔＭｎＳｂのように、β値が負、分極率Ｐが負の値である場合、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６も同様にして負のβ値、分極率Ｐを有する強磁性材料を選択することが、スピン偏極性が大きく、抵抗変化量（ΔＲ）を効果的に大きくすることができる。例えばこのような強磁性材料としては、ＦｅＶ（β値は約−０．１１）、ＮｉＣｒ（β値は約−０．２４〜−０．１１）、ＦｅＣｒ（β値は約−０．０９）などがある。
【００９３】
そのため本発明では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６を構成する全ての磁性層１６、１７、１８、３０、２２、２３を、β値が同じ符号を有する材質で形成し、これによって前記スピン偏極性が相乗的に強くなり、より効果的に前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程との差を大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になるのである。
【００９４】
なお上記した、全ての磁性層において同じ符号のβ値あるいは分極率Ｐを有する材質を使用する点については図２以降についても同じである。
【００９５】
図２は本発明における第２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断面図である。なお図２以降の説明は、固定磁性層２０とフリー磁性層２６の膜構造のみに注目しているが、それ以外の層の構成については図１と変わるところがないので図１を参照されたい。
【００９６】
図２に示す固定磁性層２０の第１磁性層１９は２層構造である。このうち磁性層１７は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、磁性層１６は、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成された合金層であることが好ましい。
【００９７】
また図２に示す実施形態では、前記フリー磁性層２６も固定磁性層２０の第１磁性層１９と同様に２層構造であり、磁性層２２が強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、磁性層２３がＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、あるいはＣｏから選択された磁性材料で形成されることが好ましい。
【００９８】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金や、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ ３ Ｏ ４ などで形成されることが好ましい。
【００９９】
前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６に、上記した強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれることによって、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１００】
なお前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６の非磁性材料層２１と接する磁性層１７、２２を強磁性且つハーフメタル的な合金層にすると、前記合金層にＭｎが含まれている場合、前記非磁性材料層２１との間でＭｎの拡散が発生する虞があるため、図２に示す実施形態は図１に示す実施形態に比べて、前記抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が小さくなりやすいと考えられるが、従来のように第１磁性層１９、およびフリー磁性層２６をＣｏＦｅ合金層やＮｉＦｅ合金層などの磁性材料のみで形成した場合より前記抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができると考えられる。
【０１０１】
なお本発明では、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を上記の拡散が発生しにくいホイスラー合金やＣｒＯ２、Ｆｅ ３Ｏ４などで形成することが好ましい。
【０１０２】
また上記の拡散は、固定磁性層２０を構成する第２磁性層１４と反強磁性層１３間で交換結合磁界を発生させるときに施す熱処理工程に起因するところが大きいので、例えば交換結合磁界を発生させるのに熱処理工程が必要ない、あるいは必要であってもその熱処理温度が低い場合などは、そもそも上記の拡散は起こり難く、かかる場合には、材質に制約なく強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層１７、２２を形成することが可能になる。
【０１０３】
図３は本発明における第３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断面図である。
【０１０４】
図３に示す実施形態では図２と同様に、固定磁性層２０を構成する第１磁性層１９及びフリー磁性層２６は２層構造であるが、非磁性材料層２１と接する磁性層１８及び磁性層３０は、強磁性且つハーフメタル的な合金層ではなく、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏなどの磁性材料で形成された層である。この磁性層１８、３０は、ＣｏＦｅ合金で形成されることが、非磁性材料層２１間での拡散をより適切に防止できて好ましい。
【０１０５】
この図３に示す実施形態では、前記非磁性材料層２１から離れた磁性層１７及び磁性層２２が、強磁性且つハーフメタル的な合金層である。
【０１０６】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金や、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ ３ Ｏ ４ などで形成されることが好ましい。
【０１０７】
前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６に、上記した強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれることによって、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１０８】
図３に示す実施形態では、固定磁性層２０を構成する第１磁性層１９のうち非磁性中間層１５と接する磁性層１７が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されているので、図１の実施形態に比べて、第１磁性層１９と第２磁性層１４間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界は弱まる虞があるが、例えば前記磁性層１７の膜厚を薄くする（具体的には１０Å以下）などすれば、前記ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界の弱まりを抑制でき、適切に前記第１磁性層１９の磁化をピン止めすることが可能になる。
【０１０９】
図４は本発明における第４実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１１０】
図４に示す実施形態では、固定磁性層２０の膜構成は、図１に示す固定磁性層２０の膜構成と同じである。
【０１１１】
図４では、フリー磁性層２６が第１磁性層３１と第２磁性層３３間にＲｕなどの非磁性中間層３２が介在した積層フェリ構造である。
【０１１２】
図４に示すように前記フリー磁性層２６を構成する第１磁性層３１は３層構造である。前記３層のうち真ん中の磁性層２２は、強磁性且つハーフメタル的な合金層である。
【０１１３】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金や、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ ３ Ｏ ４ などで形成されることが好ましい。
【０１１４】
前記磁性層２２の上下に形成された磁性層２３、３０は、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのうちいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。前記非磁性材料層２１と接する磁性層３０は、前記非磁性材料層２１との拡散を適切に防止すべく、前記の磁性材料のうちＣｏＦｅ合金で形成されることがより好ましい。
【０１１５】
また前記磁性層２３は、前記フリー磁性層２６の外部磁界に対する感度を向上させるために保磁力Ｈｃの小さい材質で形成されることが好ましく、前記磁性層２３はＮｉＦｅ合金で形成されることが好ましい。なお磁性層２３と非磁性中間層３２との間、および／または磁性層３３と非磁性中間層３２との間には、ＲＫＫＹ相互作用による反強磁性結合を大きくするためＣｏＦｅ合金層を設けても良い。
【０１１６】
積層フェリ構造で形成されたフリー磁性層２６は、その両側に形成されたハードバイアス層２７からの縦バイアス磁界の影響を受けて、例えば前記フリー磁性層２６の３層の第１磁性層３１が図示Ｘ方向に磁化されると、前記第２磁性層３３の磁化は、前記第１の磁性層３１と第２磁性層３３間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって前記第１磁性層３１の磁化方向とは反平行に磁化される。
【０１１７】
図４に示す実施形態では、固定磁性層２０の第１磁性層１９に、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層１７を有し、さらにフリー磁性層２６の第１磁性層３１に、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層２２を有し、よってアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１１８】
図５は第５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断面図である。
【０１１９】
図５に示す実施形態では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６が共に、積層フェリ構造ではなく、磁性層の多層構造のみで形成されている。図５に示すように前記固定磁性層２０は、磁性層の３層構造であり、その真ん中の磁性層１７が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されている。前記磁性層１７の上下に形成されている磁性層１６、１８は、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。
【０１２０】
反強磁性層１３と、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層１７との間に、ＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成された磁性層１６が介在することによって前記反強磁性層１３と前記磁性層１６間で発生する交換結合磁界を大きくすることができ、前記固定磁性層２０の磁化のピン止めを適切に行うことができるものと考えられる。前記磁性層１６はＣｏＦｅ合金で形成されることがより好ましく、これによって前記磁性層１６と反強磁性層１３間で発生する交換結合磁界を効果的に大きくすることができる。
【０１２１】
また図５に示す実施形態ではフリー磁性層２６が磁性層の２層構造であり、磁性層２２は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、一方、磁性層２３はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。
【０１２２】
なお前記フリー磁性層２６は磁性層の２層構造であるが、これが図１に示すような磁性層の３層構造であってもよく、あるいは２層構造であっても図３のような、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層２２と、前記磁性層２２と非磁性材料層２１との間にＣｏＦｅ合金などからなる磁性層３０とが設けられた膜構成であってもよい。
【０１２３】
図５に示す実施形態では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６は、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層１７、２２を有し、よってアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１２４】
図６は本発明における第６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断面図である。
【０１２５】
図６に示す実施形態では、固定磁性層２０は、第２磁性層１４と第１磁性層１９との間にＲｕなどからなる非磁性中間層１５が介在した積層フェリ構造であるが、前記第１磁性層１９は、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層からなり、図１ないし図５のような多層構造ではない。
【０１２６】
図６に示すフリー磁性層２６も、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。
【０１２７】
前記第１磁性層１９やフリー磁性層２６が、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造であれば、容易にこれらの層を形成することができる。
【０１２８】
また前記強磁性且つハーフメタル的な合金層に、既に説明したβ値が負の値となる材料（例えばＰｔＭｎＳｎなど）を使用したとき、ＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金など従来、一般的に磁性層として用いられてきた材質はβ値が正の値であるため、これらＣｏＦｅ合金と、β値が負の値となる強磁性且つハーフメタル的な合金層とを組み合せて使用すると、スピン偏極性が相殺されてしまい大きな抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができず、よってβ値が負の値となる強磁性且つハーフメタル的な合金層は単層で形成することが好ましい。かかる場合、磁性層である第２磁性層１４、第１磁性層１９及びフリー磁性層２６をすべて負のβ値を有する強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成することが好ましい。
【０１２９】
図７は本発明における第７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断面図である。
【０１３０】
図７に示す実施形態では固定磁性層２０は、積層フェリ構造ではなく、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。同様にフリー磁性層２６も積層フェリ構造ではなく、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。
【０１３１】
前記固定磁性層２０やフリー磁性層２６が、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造であれば、容易にこれらの層を形成することができる。
【０１３２】
図６、７に示すように、固定磁性層２０やフリー磁性層２６が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されていれば、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１３３】
以上のように本発明は、図１ないし図７に示すようにＣＰＰ型の磁気検出素子に関わるものであるが、本発明の特徴的部分である強磁性且つハーフメタル的な合金層を、ＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型、すなわち電流を多層膜の膜面（図示Ｘ方向）と平行な方向に流すタイプの磁気検出素子に使用した場合には、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大をほとんど見込めないものと考えられる。その理由は、強磁性且つハーフメタル的な合金層は比抵抗が大きいため他層へのシャントロスが大きくなるからである。
【０１３４】
よって本発明における強磁性且つハーフメタル的な合金層は、ＣＰＰ型の磁気検出素子に使用されると、より効果的に抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化量（ΔＲ／Ｒ）の増大を図ることができる。
【０１３５】
なお、図１ないし図７に示す磁気検出素子では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６の双方に、強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれていたが、この合金層は、前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６の少なくとも一方の層に含まれていればよい。
【０１３６】
また図１ないし図７に示す実施形態では、強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれている部分の磁性層の多層構造は、最大で３層構造（例えば図１の第１磁性層１９やフリー磁性層２６を参照のこと）であったが、これが４層以上であってもよい。またかかる場合、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層はどの積層位置に形成されていてもよい。
【０１３７】
また図１ないし図７に示す実施形態には、フリー磁性層２６側が積層フェリ構造で、固定磁性層２０側が、積層フェリ構造ではなく磁性層のみの単層構造あるいは多層構造である形態はないが、当然にこのような形態であってもかまわない。
【０１３８】
また図４に示す固定磁性層２０やフリー磁性層２６が積層フェリ構造である場合、第２磁性層１４、３３側も、第１磁性層１９、３１のように強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる単層構造、あるいは前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を含んだ多層構造で形成されていてもかまわない。
【０１３９】
さらに図１ないし図７には図示されていない固定磁性層２０の積層構造とフリー磁性層２６の積層構造の組合わせ、例えば図１に示す固定磁性層２０の積層構造と図２に示すフリー磁性層２６の積層構造とが組み合わされた磁気検出素子であってもよいことは言うまでもない。
【０１４０】
また図１ないし図７に示す磁気検出素子では、全て、下から反強磁性層１３、固定磁性層２０、非磁性材料層２１およびフリー磁性層２６の順に積層形成されているが、これが下からフリー磁性層２６、非磁性材料層２１、固定磁性層２０及び反強磁性層１３の順に積層形成されていてもよい。
【０１４１】
さらに図１ないし図７に示す磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが１層づつ設けられたシングルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であるが、本発明は、下から反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層からなるデュアルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造などにも適用可能である。
【０１４２】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなどにも使用可能なものである。
【０１４３】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されている。
【０１４４】
従来、磁性層に使用されていたＣｏＦｅ合金などの磁性材料は、金属的な性質を有していたが、ハーフメタル的な性質を有する合金層を用いることで、β値が大きくなり、また比抵抗値ρも大きくなることから、従来よりも抵抗変化量ΔＲを大きくすることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になる。
【０１４５】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、例えば組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることが好ましい。
【０１４６】
また本発明では、固定磁性層及びフリー磁性層に含まれる強磁性且つハーフメタル的な合金層の形成位置を適正化することで、より効果的に抵抗変化量ΔＲを大きくすることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明における第２の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】本発明における第３の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図４】本発明における第４の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図５】本発明における第５の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図６】本発明における第６の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図７】本発明における第７の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図８】従来における磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【符号の説明】
１０ 下部シールド層
１１ 下地層
１２ シードレイヤ
１３ 反強磁性層
１４、３３ 第２磁性層
１５、３２ 非磁性中間層
１６、１７、１８、２２、２３、３０ 磁性層
１９、３１ 第１磁性層
２０ 固定磁性層
２１ 非磁性材料層
２５ 保護層
２６ フリー磁性層
２９ 上部シールド層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の磁気検出素子に係り、特に抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を効果的に図ることが可能な磁気検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来における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断面図である。
【０００３】
符号１は、下部電極であり、前記下部電極１の上にＰｔＭｎなどの反強磁性層２が形成されている。さらに前記反強磁性層２の上にはＣｏＦｅなどで形成された固定磁性層３が形成され、前記固定磁性層３の上にはＣｕなどで形成された非磁性材料層４が形成され、さらに前記非磁性材料層４の上にはＮｉＦｅなどで形成されたフリー磁性層５が形成されている。図８に示すように前記フリー磁性層５の上には上部電極６が形成されている。
【０００４】
図８に示すように、前記固定磁性層３の磁化は、前記反強磁性層２との交換異方性磁界によって図示Ｙ方向に固定される。
【０００５】
また前記フリー磁性層５の磁化は、前記フリー磁性層５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側に形成された図示しないハードバイアス層からの縦バイアス磁界によって図示Ｘ方向に揃えられる。
【０００６】
図８に示す磁気検出素子は、電極１、６から流れる電流が、反強磁性層２からフリー磁性層５までの多層膜を膜厚方向（図示Ｙ方向）に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型と呼ばれる磁気検出素子である。
【０００７】
ＣＰＰ型の磁気検出素子は、電極から流れる電流が、反強磁性層２からフリー磁性層５までの多層膜を膜面と平行な方向（図示Ｘ方向）に流れるＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型の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でき、ＣＰＰ型は、今後の高記録密度化に伴う素子サイズの狭小化に適切に対応できるものと期待された。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで今後の高記録密度化に向けたＣＰＰ型磁気検出素子の実用化の一つの課題として、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上がある。抵抗変化率の向上を図るには、抵抗変化量（ΔＲ）を向上させなければならない。
【０００９】
前記抵抗変化量（ΔＲ）は、［β２／（１−β２）］・ρＦ・ｔＦに比例することがわかっている。ここでβは、強磁性層（固定磁性層３及びフリー磁性層５）の材質によって決定される値であり、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）［ここで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］なる関係式が成り立っている。
【００１０】
またρＦは強磁性層の比抵抗値（ダウンスピン及びアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値の平均値）であり、ｔは強磁性層の膜厚である。
【００１１】
従来、強磁性層としてはＣｏＦｅ合金などが使用されていた。前記ＣｏＦｅ合金は、前記β値が概ね０．５であり、また比抵抗値ρＦは、概ね１６μΩ・ｃｍであった。
【００１２】
また「Ｈｏｗ ｐｒｅｄｉｃｔａｂｌｅ ｉｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｐｌａｎｅ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ？（ｉｎｖｉｔｅｄ）」（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７９（８），１５ Ａｐｒｉｌ １９９６）の表１には、Ｃｏのβ値が０．３８〜０．５４、Ｎｉ８４Ｆｅ１６のβ値が０．３４〜０．６６であることが記載されている。
【００１３】
また「Ａｎｄｒｅｅｖ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：Ａ ｎｅｗ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｐｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（１９９９ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ）のグラフ４には、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＦｅの分極率Ｐが概ね０．３３〜０．４５であることが開示されている。なおここで「分極率Ｐ」は、上記したβ値と相関があり、分極率Ｐが大きいとβ値（絶対値）も大きくなることがわかっている。
【００１４】
しかしながらＣｏＦｅ合金、Ｃｏ、Ｎｉ８４Ｆｅ１６、ＮｉＦｅ、Ｎｉ及びＦｅなどの磁性材料では、前記β値や分極率Ｐなどが十分に大きな値ではなく、今後の高記録密度化に適切に対応するには、さらに抵抗変化量（ΔＲ）を大きくして、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが期待された。
【００１５】
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、特に磁性層の材質および膜構造を改良することで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能な磁気検出素子を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的であり、強磁性且つハーフメタル的であり、組成式がＸ ２ ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明はＣＰＰ型の磁気検出素子であり、センス電流は、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に流れる。
【００１８】
本発明では、前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されていることに特徴がある。「ハーフメタル（Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌ）的」とは、強磁性体や反強磁性体において、片方のスピンの伝導電子が金属的な振る舞いをし、他方のスピンの伝導電子が絶縁体的な振る舞いをすることをいう。
【００１９】
従来、強磁性層に使用されていたＣｏＦｅ合金などの磁性材料は、金属的な性質を有していたが、ハーフメタル的な性質を有する合金層は、前記ＣｏＦｅ合金などに比べてβ値あるいは分極率Ｐが大きく（具体的にはβ値（絶対値）は０．７以上または分極率Ｐ（絶対値）は０．５以上）、また比抵抗値ρも大きいことから、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を含むことで、従来よりも抵抗変化量ΔＲを大きくすることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になる。
【００２０】
前記β値が大きくなることにより抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなる理由（メカニズム）は、前記β値が大きくなると、片方のスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↓）が大きくなり、逆に他方のスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↑）は小さくなり、これはすなわち前記片方のスピンの伝導電子が強磁性層内を流れにくくなり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が短くなる（絶縁的な挙動を示す）一方、他方のスピンの伝導電子が強磁性層内を流れやすくなり他方のスピンの伝導電子の平均自由行程が延びる（金属的な挙動を示す）ことでアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくなったからであると考えられる。
【００２１】
また前記分極率Ｐが大きくなることにより抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなる理由（メカニズム）は、前記分極率Ｐが大きくなると、片方のスピンはフェルミエネルギー近傍の状態密度が高く（＝個数が多く）なり、一方、他方のスピンはフェルミエネルギー近傍の状態密度が低く（＝個数が少なく）なり、これによって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差が大きくなって、抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなったからであると考えられる。
【００２２】
このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、前記スピン偏極性の大きさは、フリー磁性層２６と固定磁性層２０との相対的な磁化方向の関係で変化する。
【００２３】
前記ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＭｎＺ（Ｚ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）であることが好ましい。
【００２４】
または本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的であり、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることを特徴とするものである。
具体的には、前記ホイスラー合金は、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎであることが好ましい。
【００２７】
また本発明では、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は２層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層以外の磁性層に前記ホイスラー合金からなる層が形成されてもよい。前記ホイスラー合金からなる層がＭｎを多量に含む組成の場合には、非磁性導電材料層とこのＭｎとが拡散しやすく、拡散したＭｎはアップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を短くしてしまい、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を低下させるおそれがあるものと考えられる。従って前記ホイスラー合金からなる層がＭｎを多量に含む組成である場合には、前記ホイスラー合金からなる層を非磁性導電材料層から離した位置に形成することが抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図る上で好ましいものと思われる。
【００２８】
また本発明では、前記ホイスラー合金からなる層が形成された磁性層以外の磁性層はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金あるいはＣｏのいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。
【００２９】
また本発明では、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は磁性層の３層構造からなり、それら３層のうち、真ん中の磁性層に前記ホイスラー合金からなる層が形成されることが好ましい。このように前記非磁性導電材料層と前記ホイスラー合金からなる層とを離すことで、上記したように非磁性導電材料層との間での拡散を防止し伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を長く延ばすことができること、および前記ホイスラー合金からなる層を反強磁性層からも離すことで前記固定磁性層と反強磁性層間で発生する交換結合磁界を大きなものにできるなどの効果を期待することができる。
【００３０】
なお本発明では、かかる場合、前記真ん中の磁性層以外の磁性層はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金あるいはＣｏのいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３１】
また本発明では、前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は、第１磁性層と第２磁性層間に非磁性中間層が介在する積層フェリ構造であり、少なくとも前記磁性層のうち非磁性導電材料層と接する側の第１磁性層が、上記した前記ホイスラー合金からなる層を有する多層構造、あるいは前記ホイスラー合金からなる層の単層構造で形成されることが好ましい。
また本発明は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は２層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層に強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成されることを特徴とするものである。
前記非磁性導電材料層と接する磁性層が最も抵抗変化率に寄与する部分であるから、この部分に前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を形成することで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になると考えられる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態の磁気検出素子の全体構造を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００３３】
図１に示す磁気検出素子は、記録媒体に記録された信号を再生するためのものである。図示していないが、この磁気検出素子上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
【００３４】
また前記磁気検出素子は、例えばアルミナ−チタンカーバイト（Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＣ）で形成されたスライダのトレーリング端面上に形成される。前記スライダは、記録媒体との対向面と逆面側で、ステンレス材などによる弾性変形可能な支持部材と接合され、磁気ヘッド装置が構成される。
【００３５】
図１に示す符号１０は、ＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された下部シールド層１０である。この実施形態では前記下部シールド層１０が下部電極を兼ねている。
【００３６】
前記上部シールド層１０の上には非磁性材料で形成された下地層１１が形成されている。前記下地層１１が下部ギャップ層を兼ねている。前記下地層１１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。前記下地層１１は例えば５０Å以下程度の膜厚で形成される。
【００３７】
次に前記下地層１１の上にはシードレイヤ１２が形成される。前記シードレイヤ１２を形成することで、前記シードレイヤ１２上に形成される各層の膜面と平行な方向における結晶粒径を大きくでき、耐エレクトロマイグレーションの向上に代表される通電信頼性の向上や抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上などをより適切に図ることができる。
【００３８】
前記シードレイヤ１２はＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金やＣｒなどで形成される。前記シードレイヤ１２は形成されていなくてもよい。
【００３９】
次に前記シードレイヤ１２上には反強磁性層１３が形成される。前記反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。あるいは前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎを含有する反強磁性材料により形成されることが好ましい。
【００４０】
これらの反強磁性材料は、耐食性に優れしかもブロッキング温度も高く次に説明する固定磁性層２４との界面で大きな交換異方性磁界を発生し得る。また前記反強磁性層１３は８０Å以上で３００Å以下の膜厚で形成されることが好ましい。
【００４１】
次に前記反強磁性層１３の上には固定磁性層２０が形成されている。この実施形態では前記固定磁性層２０は５層構造で形成されている。
【００４２】
前記固定磁性層２０を構成する符号１４の単層、および符号１９の多層は磁性層であり、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９との間に、Ｒｕなどで形成された非磁性中間層１５が介在し、この構成により、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９の磁化方向は互いに反平行状態にされる。これはいわゆる積層フェリ構造と呼ばれる。なおこの明細書においては、積層フェリ構造において、非磁性材料層２１と接する側の磁性層を第１磁性層と、もう一方の磁性層を第２磁性層と呼ぶ。前記非磁性中間層１５は、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。
【００４３】
前記反強磁性層１３と前記固定磁性層２０の前記反強磁性層１３に接する第２磁性層１４との間には磁場中熱処理によって交換異方性磁界が発生し、例えば前記第２磁性層１４の磁化がハイト方向（図示Ｙ方向）に固定された場合、もう一方の第１磁性層１９を構成する３層の磁性層はＲＫＫＹ相互作用により、ハイト方向とは逆方向（図示Ｙ方向と逆方向）に磁化され固定される。この構成により前記固定磁性層２０の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層２０と前記反強磁性層１３との界面で発生する交換異方性磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００４４】
なお例えば、前記第２磁性層１４の膜厚は１０〜７０Å程度、多層からなる第１磁性層１９の膜厚は、２０Å〜８０Å程度で形成される。また非磁性中間層１５の膜厚は３Å〜１０Å程度で形成される。
【００４５】
また前記第２磁性層１４と第１磁性層１９はそれぞれ単位面積当たりの磁気モーメントが異なっている。前記磁気モーメントは飽和磁化Ｍｓ×膜厚ｔで設定され、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９の磁気モーメントを異ならせることで適切に前記第２磁性層１４と第１磁性層１９を積層フェリ構造にすることが可能である。
【００４６】
前記固定第１磁性層１９の上には非磁性材料層（非磁性導電材料層）２１が形成されている。前記非磁性材料層２１は例えばＣｕなどの電気抵抗の低い導電性材料によって形成される。前記非磁性材料層２１は例えば２５Å程度の膜厚で形成される。
【００４７】
次に前記非磁性材料層２１の上にはフリー磁性層２６が形成される。この実施形態では、前記フリー磁性層２６は磁性層の３層構造で形成される。また前記フリー磁性層２６の全体の膜厚は、２０Å以上で２００Å以下程度の膜厚で形成されることが好ましい。
【００４８】
前記フリー磁性層２６の上には、非磁性材料で形成された保護層２５が形成されている。前記保護層２５は上部ギャップ層をも兼ねる。前記保護層２５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。前記保護層２５は例えば５０Å以下程度の膜厚で形成される。
【００４９】
図１に示すように、下地層１１から保護層２５までの多層膜に比べて、前記下部シールド層１０は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に長く延ばされて形成されている。そして前記多層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側であって延出した前記下部シールド層１０上にはＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁材料で形成された絶縁層４０が形成されている。この実施形態では前記絶縁層４０の上面は、前記フリー磁性層２６の下面より下側に形成され、前記絶縁層４０上に形成されたＣｏＰｔＣｒ合金などで形成されたハードバイアス層２７が前記フリー磁性層２６の両側端面に磁気的に接続された状態になっている。なお前記ハードバイアス層２７は前記フリー磁性層２６の両側端面に少なくとも一部、磁気的に接続されていればよい。前記ハードバイアス層２７からの縦バイアス磁界が前記フリー磁性層２６内に流入することで前記フリー磁性層２６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）と平行な方向に単磁区化される。前記フリー磁性層２６の磁化状態は、前記固定磁性層２０の磁化状態と異なって外部磁界に対し磁化反転できる程度に弱く単磁区化されている。
【００５０】
前記ハードバイアス層２７の上にはＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２などの絶縁材料で形成された絶縁層２８が形成されている。このように前記ハードバイアス層２７の上下は絶縁層４０、２８によって囲まれている。
【００５１】
図１に示すように、前記保護層２５の上面と前記絶縁層２８の上面はほぼ同一平面状に形成された状態にあり、前記保護層２５上から前記絶縁層２８上にかけてＮｉＦｅ合金などの磁性材料で形成された上部シールド層２９が形成されている。前記上部シールド層２９は磁気検出素子の上部電極をも兼ねている。
【００５２】
図１に示す実施形態では、前記下部シールド層１０及び上部シールド層２９がシールド機能のみならず電極としても機能しているため、前記下地層１１から保護層２５間までの膜厚でギャップ長Ｇｌを決定でき、前記ギャップ長Ｇｌの長さ寸法を短くすることができる。
【００５３】
図１に示す実施形態では、下地層１１から保護層２５までの多層膜の上下に電極を兼用したシールド層１０、２９が形成され、前記シールド層１０、２９間を流れる電流は、前記多層膜を膜厚方向（図示Ｚ方向）に流れるＣＰＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型となっている。前記電流は、前記ハードバイアス層２７の上下が絶縁層４０、２８で囲まれていることで、このハードバイアス層２７に分流することなく適切に前記多層膜内を流れ、再生出力の向上を図ることが可能になっている。
【００５４】
この磁気検出素子では、ハードディスクなどの記録媒体の走行方向はＺ方向であり、記録媒体からの洩れ磁界がＹ方向に与えられると、フリー磁性層２６の磁化が図示Ｘ方向と平行な方向からＹ方向へ向けて変化する。このフリー磁性層２６内での磁化の方向の変動と、固定磁性層２０の第１磁性層１９の固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し（これを磁気抵抗効果という）、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に示す磁気検出素子の特徴的部分について以下に説明する。図１に示す実施形態では、前記非磁性材料層２１と接する側の固定磁性層２０の第１磁性層１９が磁性層の３層構造となっている。前記第１磁性層１９が実際に磁気抵抗効果に寄与する層であるので、特にこの第１磁性層１９を以下のような構造にすることで、従来に比べて高い抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能になる。
【００５６】
前記第１磁性層１９を構成する３層の磁性層のうち真ん中の磁性層１７が強磁性且つハーフメタル的な合金層である。「強磁性」である必要性は、この合金が使用される層が第１磁性層１９の一部を成し、磁化をハイト方向（図示Ｙ方向）に適切にピン止めする必要があるからである。ここで「ハーフメタル（Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌ）的」とは、強磁性体や反強磁性体において、片方のスピンの伝導電子が金属的な振る舞いをし、他方のスピンの伝導電子が絶縁体的な振る舞いをすることをいう。
【００５７】
抵抗変化量（ΔＲ）は、［β２／（１−β２）］・ρＦ・ｔＦに比例する。ここでβは、磁性層１７の材質によって変化する値（なおβは−１よりも大きく１よりも小さい範囲内の値）であり、このβ値が大きいほど抵抗変化量（ΔＲ）を大きくできる。前記強磁性且つハーフメタル的な合金のβ値は、従来、強磁性層として使用されてきたＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金のそれに比べて大きく、これによって「ハーフメタル的」な性質を帯びる。なお本発明では、０．７以上のβ値（絶対値）を有し、あるいは後述する分極率Ｐ（絶対値）を０．５以上有する強磁性合金を「ハーフメタル的」と規定する。
【００５８】
前記β値には、ρ↓（ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値）／ρ↑（アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値）＝（１＋β）／（１―β）なる関係が成り立っている。すなわちβ値が大きくなるということは、ρ↓が大きくなり且つρ↑が小さくなることを意味する。
【００５９】
従って前記β値が大きくなるほど、ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↓）は大きくなる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に対する比抵抗値（ρ↑）は小さくなるから強磁性層内を前記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差が大きくなると考えられる。このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、β値が高い、具体的には０．７以上のβ値（絶対値）を有する強磁性且つハーフメタル的な合金は、このスピン偏極性が強く働き、前記平均自由行程差はよりいっそう大きくなる。
【００６０】
そして抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、アップスピン及びダウンスピンの伝導電子の各平均自由行程差に対して正の相関を示すから、従来よりも前記β値が大きいハーフメタル的な合金を使用したことよる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差の拡大によって抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が増大し、今後の高記録密度化に適切に対応することが可能な磁気検出素子を製造することが可能になるのである。
【００６１】
「ハーフメタル的」な性質を有するか否かは、上記したβ値以外に分極率Ｐの大きさによって判断することもできると考えられる。前記分極率Ｐはβ値と相関があり、分極率Ｐが大きいとβ値（絶対値）が大きくなることがわかっている。
【００６２】
前記分極率Ｐの大きさは抵抗変化量（ΔＲ）に比例するので、前記分極率Ｐが大きくなるほど前記抵抗変化量（ΔＲ）を大きくすることができる。前記分極率ＰはＰ＝（Ｎ↑−Ｎ↓）／（Ｎ↑＋Ｎ↓）（ただしＰは、−１≦Ｐ≦１である）で示され、Ｎ↑は、フェルミエネルギー付近におけるアップスピンの伝導電子数であり、Ｎ↓は、フェルミエネルギー付近におけるダウンスピンの伝導電子数であり、フェルミエネルギー付近における伝導電子が、実際に伝導に寄与する。
【００６３】
上記関係式によれば、Ｎ↑が大きくなり｛すなわちフェルミエネルギー近傍の状態密度が高くなり（＝個数が多くなり）｝、Ｎ↓が小さくなる｛すなわちフェルミエネルギー近傍の状態密度が低くなる（＝個数が少なくなる）｝ほど分極率Ｐは大きくなり、よって抵抗変化量（ΔＲ）は大きくなる。
【００６４】
Ｎ↑が大きくなりＮ↓が小さくなるということは、強磁性層内をアップスピンによる伝導電子が流れやすくなって前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程が延び、一方、ダウンスピンによる伝導電子が流れ難くなり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が短くなったことを意味し、よって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差が大きくなって、抵抗変化量（ΔＲ）が大きくなるものと考えられる。
【００６５】
従って前記分極率Ｐが大きい強磁性且つハーフメタル的な合金を磁性層１７として使用することが好ましい。具体的には前記分極率Ｐ（絶対値）は０．５以上であることが好ましい。本発明では、前記分極率Ｐ（絶対値）が０．５以上である強磁性材料を「ハーフメタル的」な性質を有しているものとする。
【００６６】
なおスピン偏極性の大きさは、フリー磁性層２６と固定磁性層２０との相対的な磁化方向の関係で変化する。
【００６７】
また強磁性且つハーフメタル的な合金層は、ＣｏＦｅ合金などに比べて比抵抗値（ρＦ）も大きいので、前記第１磁性層１９の真ん中の磁性層１７を強磁性且つハーフメタル的な合金層とすることで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができる。なおここで言う「比抵抗値（ρＦ）」とは、アップスピンの伝導電子に対する比抵抗値とダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値の平均値のことである。
【００６８】
前記磁性層１７として使用される材質は、上記したように強磁性且つハーフメタル的な合金であることと、さらにキュリー温度（Ｔｃ）が２００℃以上であることが好ましい。前記キュリー温度（Ｔｃ）が２００℃よりも低いと使用環境温度等からして実際にデバイスとして使用できない。また比抵抗ρＦは、５０μΩ・ｃｍ以上であることが好ましい。これによって従来、磁性層としてＣｏＦｅ合金などを使用していた場合に比べて、より適切に抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることができる。本発明では、前記抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は３０％以上であることが好ましい。
【００６９】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層の材質として本発明では以下の（１）〜（３）の材質を挙げることができる。
（１）組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金。
【００７０】
このホイスラー合金の結晶構造は、Ｌ２構造である。具体的な材質としては、Ｃｏ２ＭｎＺ（Ｚ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）を挙げることができる。
【００７１】
また元素Ｚを２種類以上含んだホイスラー合金としては具体的に、Ｃｏ０．５Ｍｎ０．２５（Ａｌ１００−ａＳｉａ）０．２５（ただしａは０〜１００）を挙げることが
できる。
【００７２】
（２）組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金。
【００７３】
このホイスラー合金の結晶構造は、Ｃ１２構造である。具体的な材質としては、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎを挙げることができる。
【００７４】
これら材質の具体的な分極率Ｐについて説明する。上記した「Ａｎｄｒｅｅｖ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：Ａ ｎｅｗ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｐｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（１９９９ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ）のグラフ４には、ＮｉＭｎＳｂの分極率Ｐが０．５５であることが開示されている。
【００７５】
また「Ｎｅｗ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｈａｌｆ−Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｓ」（１９８３ Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ）の表１には、理論計算により求めたＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎのＮ（Ｅ）↑、Ｎ（Ｅ）↓が記載されており、この数値を用いて分極率Ｐを計算すると、ＮｉＭｎＳｂの分極率Ｐは１、ＰｔＭｎＳｂの分極率Ｐは１、ＰｄＭｎＳｂの分極率Ｐは０．５１、及びＰｔＭｎＳｎの分極率Ｐは−０．３３である。なおＰｔＭｎＳｎは組成比を調整することで分極率Ｐを絶対値で０．５以上にできるものと考えられる。
【００７６】
（３）Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、あるいはＦｅ ３ Ｏ ４
なお上記した「Andreev reflection:A new means to determine the spin polarization of ferromagnetic materials」(1999 American Institute of Physics)のグラフ４には、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３の分極率Ｐが０．５５、ＣｒＯ２の分極率Ｐが０．９であることが開示されている。
【００７７】
上記したホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４は、いずれもβ値（絶対値）が０．７以上あるいは分極率Ｐ（絶対値）が０．５以上で強磁性且つハーフメタル的な性質を有し、これらの材質のいずれかで磁性層１７を形成することで、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来に比べて向上させることができる。またこれら材質はいずれもキュリー温度（Ｔｃ）が２００℃以上で、また比抵抗値（ρＦ）も５０μΩ・ｃｍ以上と大きい。
【００７８】
次に前記磁性層１７の上下に形成されている磁性層１６と１８は、従来から使用されている磁性材料、具体的にはＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、あるいはＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかで形成されることが好ましい。
【００７９】
まず非磁性材料層２１と接して形成される磁性層１８を、ＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することで、この磁性層１８と非磁性材料層２１間での元素の拡散をより適切に防止でき、アップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を長く延ばし、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能である。
【００８０】
例えば、前記磁性層１８が、上記した（１）や（２）のホイスラー合金であると、前記ホイスラー合金に含まれるＭｎが、Ｃｕなどで形成された非磁性材料層２１と拡散し、拡散したＭｎはアップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を短くし抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を低下させてしまう虞がある。従って図１のように、強磁性且つハーフメタル的な合金で形成された磁性層１７を、前記非磁性材料層２１から離れた位置に形成し、前記磁性層１７と非磁性材料層２１との間にＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層１８を介在させることで、上記した拡散を適切に防止することが可能になると考えられる。なお前記磁性層１８はＣｏＦｅ合金で形成することがより上記した拡散を防止できて好ましい。
【００８１】
次に図１に示すように、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層１７とＲｕなどで形成された非磁性中間層１５との間にＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層１６を介在させることで、前記第２磁性層１４との間で発生するＲＫＫＹ相互作用による反強磁性結合を強めることができると考えられ、前記第１磁性層１９の磁化のピン止めを適切に行うことが可能になる。
【００８２】
図１に示す固定磁性層２０は、第２磁性層１４と第１磁性層１９との間にＲｕなどの非磁性中間層１５を挟んだ積層フェリ構造であり、固定磁性層２０の磁化のピン止めを強めるには、前記第２磁性層１４と第１磁性層１９間で発生するＲＫＫＹ相互作用における反強磁性結合を強める必要がある。このＲＫＫＹ相互作用における反強磁性結合を強めるには、非磁性中間層１５と接する上下の磁性層１４、１６をＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することが好ましく、したがって本発明では、前記磁性層１６をＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することとしたのである。なお前記磁性層１６はＣｏＦｅ合金で形成されることが、より適切にＲＫＫＹ的相互作用における反強磁性結合を強めることができて好ましい。
【００８３】
次に図１に示す実施形態では、フリー磁性層２６が磁性層の３層構造であり、この３層の磁性層のうち真ん中の磁性層２２は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、その上下に形成された磁性層２３、３０はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。
【００８４】
前記フリー磁性層２６も、固定磁性層２０と同様に強磁性且つハーフメタル的な合金層を含むことで、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができ、今後の高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を形成することができる。
【００８５】
また非磁性材料層２１と接する磁性層３０をＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成することで、前記磁性層３０と非磁性材料層２１間での拡散を適切に防止でき、アップスピンの伝導電子のスピン拡散距離や平均自由行程を適切に延ばすことができ、より適切に抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができる。前記磁性層３０はＣｏＦｅ合金で形成されると、より適切に上記の拡散を防止することが可能になる。
【００８６】
また強磁性且つハーフメタル的な合金よりも保磁力Ｈｃの小さい材質で前記磁性層２３を形成することで、前記フリー磁性層２６の記録磁界に対する感度を向上させることができる。前記磁性層２３はＮｉＦｅ合金で形成されることがより好ましい。
【００８７】
前記フリー磁性層２６は、外部磁界に対して感度良く磁化反転しなければならない。そうでないと再生特性に優れた磁気検出素子を製造できないからである。上記した（１）〜（３）のホイスラー合金等の強磁性且つハーフメタル的な合金は保磁力Ｈｃが大きいものが多い。具体的には１０Ｏｅ（＝約７９０（Ａ／ｍ）以上である。また非磁性材料層２１と接して形成される磁性層３０がＣｏＦｅ合金で形成される場合には、前記ＣｏＦｅ合金の保磁力Ｈｃも比較的大きい。従って、前記フリー磁性層２６の外部磁界に対する感度を向上させるには、保磁力Ｈｃの小さい磁性層を前記フリー磁性層２３内に付加することが好ましい。それが前記磁性層２３であり、ＮｉＦｅ合金で形成された前記磁性層２３は、強磁性且つハーフメタル的な合金やＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層に比べて保磁力Ｈｃが小さく、よって前記フリー磁性層２６に保磁力Ｈｃの小さい磁性層２３を設けることで、外部磁界に対して感度良く磁化反転可能な再生特性に優れた磁気検出素子を製造することが可能になるのである。
【００８８】
ところで図１のように固定磁性層２０及びフリー磁性層２６を構成する全ての磁性層は、既に説明したβ値の符号及びＰ値の符号がすべて同じ符号となる材質で形成される必要がある。
【００８９】
すなわち例えば強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層１７、２２が正の値のβ値を有しているとすると、磁性層１６、１８、３０、２３も同様に正の値のβ値を有する磁性材料で形成されていなければならない。正の値のβ値を有し、且つこのβ値が高い（具体的には０．７以上）強磁性且つハーフメタル的な合金層には、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばし（金属的な挙動を示す）、一方、ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程を短くする（絶縁的な挙動を示す）作用（スピン偏極性）が強く働き、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差がＣｏＦｅ合金などの金属的な材質を使用する場合に比べて大きくなる。
【００９０】
一方、負の値を有する強磁性且つハーフメタル的な合金層は、逆にダウンスピンの伝導電子の平均自由行程を延ばし、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を縮める作用が働く。このことは分極率Ｐにも同じく言えることである。
【００９１】
ここで、ＣｏＦｅ合金などで形成された磁性層１６、１８、３０、２３にも上記したスピン偏極性があるが、これら磁性層のβ値は正の値である。したがって、仮に強磁性且つハーフメタル的な合金層である磁性層１７、２２が、負の値を有するβ値を有していると、正の値のβ値を有する磁性層１６、１８、３０、２３との間で、上記のスピン偏極性が打ち消されてしまい、アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程との差を適切に大きくできず、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を効果的に大きくすることができなくなる。
【００９２】
なおＰｔＭｎＳｂのように、β値が負、分極率Ｐが負の値である場合、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６も同様にして負のβ値、分極率Ｐを有する強磁性材料を選択することが、スピン偏極性が大きく、抵抗変化量（ΔＲ）を効果的に大きくすることができる。例えばこのような強磁性材料としては、ＦｅＶ（β値は約−０．１１）、ＮｉＣｒ（β値は約−０．２４〜−０．１１）、ＦｅＣｒ（β値は約−０．０９）などがある。
【００９３】
そのため本発明では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６を構成する全ての磁性層１６、１７、１８、３０、２２、２３を、β値が同じ符号を有する材質で形成し、これによって前記スピン偏極性が相乗的に強くなり、より効果的に前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程との差を大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になるのである。
【００９４】
なお上記した、全ての磁性層において同じ符号のβ値あるいは分極率Ｐを有する材質を使用する点については図２以降についても同じである。
【００９５】
図２は本発明における第２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断面図である。なお図２以降の説明は、固定磁性層２０とフリー磁性層２６の膜構造のみに注目しているが、それ以外の層の構成については図１と変わるところがないので図１を参照されたい。
【００９６】
図２に示す固定磁性層２０の第１磁性層１９は２層構造である。このうち磁性層１７は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、磁性層１６は、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成された合金層であることが好ましい。
【００９７】
また図２に示す実施形態では、前記フリー磁性層２６も固定磁性層２０の第１磁性層１９と同様に２層構造であり、磁性層２２が強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、磁性層２３がＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、あるいはＣｏから選択された磁性材料で形成されることが好ましい。
【００９８】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金や、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ ３ Ｏ ４ などで形成されることが好ましい。
【００９９】
前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６に、上記した強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれることによって、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１００】
なお前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６の非磁性材料層２１と接する磁性層１７、２２を強磁性且つハーフメタル的な合金層にすると、前記合金層にＭｎが含まれている場合、前記非磁性材料層２１との間でＭｎの拡散が発生する虞があるため、図２に示す実施形態は図１に示す実施形態に比べて、前記抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が小さくなりやすいと考えられるが、従来のように第１磁性層１９、およびフリー磁性層２６をＣｏＦｅ合金層やＮｉＦｅ合金層などの磁性材料のみで形成した場合より前記抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させることができると考えられる。
【０１０１】
なお本発明では、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を上記の拡散が発生しにくいホイスラー合金やＣｒＯ２、Ｆｅ ３Ｏ４などで形成することが好ましい。
【０１０２】
また上記の拡散は、固定磁性層２０を構成する第２磁性層１４と反強磁性層１３間で交換結合磁界を発生させるときに施す熱処理工程に起因するところが大きいので、例えば交換結合磁界を発生させるのに熱処理工程が必要ない、あるいは必要であってもその熱処理温度が低い場合などは、そもそも上記の拡散は起こり難く、かかる場合には、材質に制約なく強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層１７、２２を形成することが可能になる。
【０１０３】
図３は本発明における第３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断面図である。
【０１０４】
図３に示す実施形態では図２と同様に、固定磁性層２０を構成する第１磁性層１９及びフリー磁性層２６は２層構造であるが、非磁性材料層２１と接する磁性層１８及び磁性層３０は、強磁性且つハーフメタル的な合金層ではなく、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏなどの磁性材料で形成された層である。この磁性層１８、３０は、ＣｏＦｅ合金で形成されることが、非磁性材料層２１間での拡散をより適切に防止できて好ましい。
【０１０５】
この図３に示す実施形態では、前記非磁性材料層２１から離れた磁性層１７及び磁性層２２が、強磁性且つハーフメタル的な合金層である。
【０１０６】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金や、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ ３ Ｏ ４ などで形成されることが好ましい。
【０１０７】
前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６に、上記した強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれることによって、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１０８】
図３に示す実施形態では、固定磁性層２０を構成する第１磁性層１９のうち非磁性中間層１５と接する磁性層１７が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されているので、図１の実施形態に比べて、第１磁性層１９と第２磁性層１４間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界は弱まる虞があるが、例えば前記磁性層１７の膜厚を薄くする（具体的には１０Å以下）などすれば、前記ＲＫＫＹ相互作用による結合磁界の弱まりを抑制でき、適切に前記第１磁性層１９の磁化をピン止めすることが可能になる。
【０１０９】
図４は本発明における第４実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図である。
【０１１０】
図４に示す実施形態では、固定磁性層２０の膜構成は、図１に示す固定磁性層２０の膜構成と同じである。
【０１１１】
図４では、フリー磁性層２６が第１磁性層３１と第２磁性層３３間にＲｕなどの非磁性中間層３２が介在した積層フェリ構造である。
【０１１２】
図４に示すように前記フリー磁性層２６を構成する第１磁性層３１は３層構造である。前記３層のうち真ん中の磁性層２２は、強磁性且つハーフメタル的な合金層である。
【０１１３】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金や、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、あるいはＬａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３、ＣｒＯ２、Ｆｅ ３ Ｏ ４ などで形成されることが好ましい。
【０１１４】
前記磁性層２２の上下に形成された磁性層２３、３０は、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのうちいずれかの磁性材料で形成されることが好ましい。前記非磁性材料層２１と接する磁性層３０は、前記非磁性材料層２１との拡散を適切に防止すべく、前記の磁性材料のうちＣｏＦｅ合金で形成されることがより好ましい。
【０１１５】
また前記磁性層２３は、前記フリー磁性層２６の外部磁界に対する感度を向上させるために保磁力Ｈｃの小さい材質で形成されることが好ましく、前記磁性層２３はＮｉＦｅ合金で形成されることが好ましい。なお磁性層２３と非磁性中間層３２との間、および／または磁性層３３と非磁性中間層３２との間には、ＲＫＫＹ相互作用による反強磁性結合を大きくするためＣｏＦｅ合金層を設けても良い。
【０１１６】
積層フェリ構造で形成されたフリー磁性層２６は、その両側に形成されたハードバイアス層２７からの縦バイアス磁界の影響を受けて、例えば前記フリー磁性層２６の３層の第１磁性層３１が図示Ｘ方向に磁化されると、前記第２磁性層３３の磁化は、前記第１の磁性層３１と第２磁性層３３間で発生するＲＫＫＹ相互作用による結合磁界によって前記第１磁性層３１の磁化方向とは反平行に磁化される。
【０１１７】
図４に示す実施形態では、固定磁性層２０の第１磁性層１９に、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層１７を有し、さらにフリー磁性層２６の第１磁性層３１に、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層２２を有し、よってアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１１８】
図５は第５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断面図である。
【０１１９】
図５に示す実施形態では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６が共に、積層フェリ構造ではなく、磁性層の多層構造のみで形成されている。図５に示すように前記固定磁性層２０は、磁性層の３層構造であり、その真ん中の磁性層１７が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されている。前記磁性層１７の上下に形成されている磁性層１６、１８は、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。
【０１２０】
反強磁性層１３と、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成された磁性層１７との間に、ＣｏＦｅ合金などの磁性材料で形成された磁性層１６が介在することによって前記反強磁性層１３と前記磁性層１６間で発生する交換結合磁界を大きくすることができ、前記固定磁性層２０の磁化のピン止めを適切に行うことができるものと考えられる。前記磁性層１６はＣｏＦｅ合金で形成されることがより好ましく、これによって前記磁性層１６と反強磁性層１３間で発生する交換結合磁界を効果的に大きくすることができる。
【０１２１】
また図５に示す実施形態ではフリー磁性層２６が磁性層の２層構造であり、磁性層２２は、強磁性且つハーフメタル的な合金層であり、一方、磁性層２３はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏのいずれかの磁性材料で形成されていることが好ましい。
【０１２２】
なお前記フリー磁性層２６は磁性層の２層構造であるが、これが図１に示すような磁性層の３層構造であってもよく、あるいは２層構造であっても図３のような、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層２２と、前記磁性層２２と非磁性材料層２１との間にＣｏＦｅ合金などからなる磁性層３０とが設けられた膜構成であってもよい。
【０１２３】
図５に示す実施形態では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６は、強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる磁性層１７、２２を有し、よってアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１２４】
図６は本発明における第６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断面図である。
【０１２５】
図６に示す実施形態では、固定磁性層２０は、第２磁性層１４と第１磁性層１９との間にＲｕなどからなる非磁性中間層１５が介在した積層フェリ構造であるが、前記第１磁性層１９は、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層からなり、図１ないし図５のような多層構造ではない。
【０１２６】
図６に示すフリー磁性層２６も、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。
【０１２７】
前記第１磁性層１９やフリー磁性層２６が、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造であれば、容易にこれらの層を形成することができる。
【０１２８】
また前記強磁性且つハーフメタル的な合金層に、既に説明したβ値が負の値となる材料（例えばＰｔＭｎＳｎなど）を使用したとき、ＣｏＦｅ合金やＮｉＦｅ合金など従来、一般的に磁性層として用いられてきた材質はβ値が正の値であるため、これらＣｏＦｅ合金と、β値が負の値となる強磁性且つハーフメタル的な合金層とを組み合せて使用すると、スピン偏極性が相殺されてしまい大きな抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることができず、よってβ値が負の値となる強磁性且つハーフメタル的な合金層は単層で形成することが好ましい。かかる場合、磁性層である第２磁性層１４、第１磁性層１９及びフリー磁性層２６をすべて負のβ値を有する強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成することが好ましい。
【０１２９】
図７は本発明における第７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断面図である。
【０１３０】
図７に示す実施形態では固定磁性層２０は、積層フェリ構造ではなく、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。同様にフリー磁性層２６も積層フェリ構造ではなく、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造である。
【０１３１】
前記固定磁性層２０やフリー磁性層２６が、強磁性且つハーフメタル的な合金層の単層構造であれば、容易にこれらの層を形成することができる。
【０１３２】
図６、７に示すように、固定磁性層２０やフリー磁性層２６が、強磁性且つハーフメタル的な合金層で形成されていれば、アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差を従来に比べて大きくでき、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を図ることが可能になる。
【０１３３】
以上のように本発明は、図１ないし図７に示すようにＣＰＰ型の磁気検出素子に関わるものであるが、本発明の特徴的部分である強磁性且つハーフメタル的な合金層を、ＣＩＰ（ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｎｅ）型、すなわち電流を多層膜の膜面（図示Ｘ方向）と平行な方向に流すタイプの磁気検出素子に使用した場合には、抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の増大をほとんど見込めないものと考えられる。その理由は、強磁性且つハーフメタル的な合金層は比抵抗が大きいため他層へのシャントロスが大きくなるからである。
【０１３４】
よって本発明における強磁性且つハーフメタル的な合金層は、ＣＰＰ型の磁気検出素子に使用されると、より効果的に抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化量（ΔＲ／Ｒ）の増大を図ることができる。
【０１３５】
なお、図１ないし図７に示す磁気検出素子では、固定磁性層２０及びフリー磁性層２６の双方に、強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれていたが、この合金層は、前記固定磁性層２０及びフリー磁性層２６の少なくとも一方の層に含まれていればよい。
【０１３６】
また図１ないし図７に示す実施形態では、強磁性且つハーフメタル的な合金層が含まれている部分の磁性層の多層構造は、最大で３層構造（例えば図１の第１磁性層１９やフリー磁性層２６を参照のこと）であったが、これが４層以上であってもよい。またかかる場合、前記強磁性且つハーフメタル的な合金層はどの積層位置に形成されていてもよい。
【０１３７】
また図１ないし図７に示す実施形態には、フリー磁性層２６側が積層フェリ構造で、固定磁性層２０側が、積層フェリ構造ではなく磁性層のみの単層構造あるいは多層構造である形態はないが、当然にこのような形態であってもかまわない。
【０１３８】
また図４に示す固定磁性層２０やフリー磁性層２６が積層フェリ構造である場合、第２磁性層１４、３３側も、第１磁性層１９、３１のように強磁性且つハーフメタル的な合金層からなる単層構造、あるいは前記強磁性且つハーフメタル的な合金層を含んだ多層構造で形成されていてもかまわない。
【０１３９】
さらに図１ないし図７には図示されていない固定磁性層２０の積層構造とフリー磁性層２６の積層構造の組合わせ、例えば図１に示す固定磁性層２０の積層構造と図２に示すフリー磁性層２６の積層構造とが組み合わされた磁気検出素子であってもよいことは言うまでもない。
【０１４０】
また図１ないし図７に示す磁気検出素子では、全て、下から反強磁性層１３、固定磁性層２０、非磁性材料層２１およびフリー磁性層２６の順に積層形成されているが、これが下からフリー磁性層２６、非磁性材料層２１、固定磁性層２０及び反強磁性層１３の順に積層形成されていてもよい。
【０１４１】
さらに図１ないし図７に示す磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが１層づつ設けられたシングルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造であるが、本発明は、下から反強磁性層、固定磁性層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、反強磁性層からなるデュアルスピンバルブ型薄膜素子と呼ばれる構造などにも適用可能である。
【０１４２】
なお本発明における磁気検出素子は、ハードディスク装置に搭載される薄膜磁気ヘッドにのみ使用可能なものではなく、テープ用磁気ヘッドや磁気センサなどにも使用可能なものである。
【０１４３】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的な合金層を有して形成されている。
【０１４４】
従来、磁性層に使用されていたＣｏＦｅ合金などの磁性材料は、金属的な性質を有していたが、ハーフメタル的な性質を有する合金層を用いることで、β値が大きくなり、また比抵抗値ρも大きくなることから、従来よりも抵抗変化量ΔＲを大きくすることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になる。
【０１４５】
前記強磁性且つハーフメタル的な合金層は、例えば組成式がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることが好ましい。
【０１４６】
また本発明では、固定磁性層及びフリー磁性層に含まれる強磁性且つハーフメタル的な合金層の形成位置を適正化することで、より効果的に抵抗変化量ΔＲを大きくすることができ、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の向上を適切に図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図２】本発明における第２の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図３】本発明における第３の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図４】本発明における第４の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図５】本発明における第５の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図６】本発明における第６の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図７】本発明における第７の実施形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【図８】従来における磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分断面図、
【符号の説明】
１０ 下部シールド層
１１ 下地層
１２ シードレイヤ
１３ 反強磁性層
１４、３３ 第２磁性層
１５、３２ 非磁性中間層
１６、１７、１８、２２、２３、３０ 磁性層
１９、３１ 第１磁性層
２０ 固定磁性層
２１ 非磁性材料層
２５ 保護層
２６ フリー磁性層
２９ 上部シールド層
Claims (10)
- 反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的であり、組成式がＸ ２ ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることを特徴とする磁気検出素子。 - 前記ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＭｎＺ（Ｚ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）である請求項１記載の磁気検出素子。
- 反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及びフリー磁性層の少なくとも一方は、強磁性且つハーフメタル的であり、組成式がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、Ｚは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金で形成されることを特徴とする磁気検出素子。 - 前記ホイスラー合金は、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｎである請求項３記載の磁気検出素子。
- 前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は２層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層以外の磁性層に前記ホイスラー合金からなる層が形成される請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記ホイスラー合金からなる層が形成された磁性層以外の磁性層はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金あるいはＣｏのいずれかの磁性材料で形成される請求項５に記載の磁気検出素子。
- 前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は磁性層の３層構造からなり、それら３層のうち、真ん中の磁性層に前記ホイスラー合金からなる層が形成される請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 前記真ん中の磁性層以外の磁性層はＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金、ＮｉＦｅ合金あるいはＣｏのいずれかの磁性材料で形成される請求項７記載の磁気検出素子。
- 前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は、第１磁性層と第２磁性層間に非磁性中間層が介在する積層フェリ構造であり、少なくとも前記磁性層のうち非磁性導電材料層と接する側の第１磁性層が、前記ホイスラー合金からなる合金層を有する多層構造、あるいは前記ホイスラー合金からなる層の単層構造で形成される請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
- 反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電材料層及びフリー磁性層を有する多層膜が設けられ、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記固定磁性層及び／またはフリー磁性層は２層以上の磁性層の積層構造からなり、それら磁性層のうち、前記非磁性導電材料層と接する磁性層に強磁性且つハーフメタル的な合金層が形成されることを特徴とする磁気検出素子。
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