JP4506242B2 - 磁気検出素子 - Google Patents

Description

本発明は、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層を有する磁気検出素子に係り、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固定する磁気検出素子に関する。

磁気記録再生装置に搭載されている磁気へッドの現在の主流は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を応用したスピンバルブ型磁気検出素子を用いたものである。

スピンバルブ型磁気検出素子は、固定磁性層と呼ばれる強磁性膜とフリー磁性層と呼ばれる強磁性軟磁性膜が、非磁性材料層と呼ばれる非磁性膜を介して積層されたものである。

フリー磁性層の磁化は、硬磁性体からなるハードバイアス層などからの縦バイアス磁界によって一方向に揃えられる。そして記録媒体からの外部磁界に対し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動する。一方、前記固定磁性層の磁化は、前記フリー磁性層の磁化方向と交叉する方向に固定されている。

フリー磁性層の磁化方向の変動と、固定磁性層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。

従来、前記固定磁性層を、ＰｔＭｎなどの反強磁性材料からなる反強磁性層に重ねて形成し、前記固定磁性層と前記反強磁性層との間に一方向の交換結合磁界を発生させることによって，前記固定磁性層の磁化を固定させていた。

しかし、前記反強磁性層と前記固定磁性層の界面に充分な大きさの交換結合磁界を発生させるためには、前記反強磁性層の膜厚を２００Å程度にする必要があった。

磁気検出素子を構成する積層体の中に存在する、膜厚の大きい反強磁性層は、センス電流の分流損失の主な原因となる。記録媒体の高記録密度化に対応するためには、磁気検出素子の出力を向上させることが必要であるが、上述したセンス電流の分流損失は磁気検出素子の出力向上の妨げになる。

また、磁気検出素子の上下には、検出対象の記録信号を効率的に読み取るために、軟磁性材料からなるシールド層が設けられる。記録媒体の高線記録密度化に対応するためには、上下のシールド層間距離を短くする必要がある。膜厚の大きな前記反強磁性層は、上下のシールド層間距離を短くするときの妨げにもなっていた。

そこで反強磁性層を省略し、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固定する磁気検出素子が提案された。

下記に本願出願前の特許文献を示す。
特開平８−７２３５号公報 特開２０００−１１３４１８号公報

特許文献１に記載されている磁気検出素子は、タンタル（Ｔａ）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が積層されたものである。ピン止め強磁性層７０は、第１のコバルト（Ｃｏ）フィルム７２と第２のコバルト（Ｃｏ）フィルム７４が、ルテニウム（Ｒｕ）フィルム７３を介して積層されたものである。第１のコバルト（Ｃｏ）フィルム７２と第２のコバルト（Ｃｏ）フィルム７４は各々の異方性磁界によって磁化が固定されている。第１のコバルト（Ｃｏ）フィルム７２と第２のコバルト（Ｃｏ）フィルム７４は反強磁性結合しており、互いに反平行方向に磁化されている。

しかし、特許文献１に記載されている磁気検出素子のように、タンタルからなるバッファ層上にＣｏフィルムを積層する構成では、ピン止め強磁性層７０の磁化方向を適切に固定できないことがわかった。このことは、特許文献２においても指摘されている。

特許文献２に記載の磁気検出素子は、特許文献１の問題を解決することを目的として発明されたものである。この磁気検出素子では、積層フェリ固定層の強磁性膜をＣｏＦｅまたはＣｏＦｅＮｉによって形成することによって誘導磁気異方性を向上させている。

自己固定式の固定磁性層の磁化を固定するために、重要な要素の一つは固定磁性層の磁気弾性エネルギーに由来する一軸異方性である。特に固定磁性層の磁歪を最適化することが重要である。

前記固定磁性層の磁歪を大きくできれば、例えば静電気放電（ＥＳＤ）による過渡電流が流れたときでも、磁化反転を起こしにくい磁気検出素子を提供できる。

しかし、特許文献２には、固定磁性層の磁歪を最適化する機構に関する考察がなく、固定磁性層の磁歪を最適化するための具体的構成に関する記載はなされていない。

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、自己固定式の積層フェリ固定層を有する磁気検出素子において、積層フェリ固定層の磁歪を制御する機構を明らかにし、該磁歪を適切に制御するために、前記積層フェリ固定層の非磁性材料層が形成された側と反対側に形成される非磁性膜の材質と、積層フェリ固定層を構成する強磁性層の材質を適切に選択することで、前記積層フェリ固定層の磁化を強固に固定することが出来る磁気検出素子を提供することを目的とする。

本発明は、固定磁性層とフリー磁性層が非磁性材料層を介して積層されてい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って、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が設けられている側と反対側にＸ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金からなる反強磁性を有さない非磁性金属層が形成され、
前記第１磁性層はＣｏとＦｅとを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素が添加されてなり、
前記非磁性金属層の格子定数は、前記第１磁性層の格子定数よりも大きく、前記非磁性金属層内の結晶と前記第１磁性層内の結晶の少なくとも一部は、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、前記第１磁性層の前記非磁性金属層との界面付近では結晶構造に歪みが生じて、前記第１磁性層の磁歪定数を大きくしており、前記第１磁性層は、正の磁歪定数を有しており、
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。

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。

従って、膜厚２００Åの厚い反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて分流損失を少なくできるので、磁気検出素子の磁界検出出力を２０〜３０％向上させることができる。また、磁気検出素子の上下に設けられるシールド層間の距離も短くなるので、記録媒体のさらなる高線記録密度化に対応することもできる。

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。このうち、結晶磁気異方性は保磁力を大きくすることで大きくすることが出来る。一方、誘導磁気異方性は成膜時または熱処理時に一方向の磁場を与えることによって一軸性を帯び、磁気弾性効果は一軸性の応力を加えることによって一軸性を帯びる。

本発明は、固定磁性層の磁化を固定する一軸異方性を決める、誘導磁気異方性と磁気弾性効果のうち、磁気弾性効果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、まず前記固定磁性層をシンセティックフェリピンド構造（以下、積層フェリ固定層と呼ぶ場合がある）にし、前記積層フェリ固定層を構成する複数の磁性層のうち、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が設けられている側と反対側に、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金からなる非磁性金属層を形成する。

前記非磁性金属層の格子定数は、前記第１磁性層の格子定数よりも大きいが、前記非磁性金属層内の結晶と前記第１磁性層内の結晶の少なくとも一部は、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で成長しているため、前記第１磁性層の界面付近では結晶構造に歪みが生じ、その結果、前記第１磁性層の磁歪定数を大きく出来る。

本発明では、上記した非磁性金属層の材質のみならず第１磁性層の材質も改良する。
前記第１磁性層として必要な要素は、正の磁歪定数を有していること、積層フェリ固定層を構成する強磁性層間に作用するＲＫＫＹ相互作用が強く働くこと、磁気検出素子の結晶配向性を崩さないこと、であると考えられる。

正磁歪が必要な理由は、上記したように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ので、磁歪を正にして前記固定磁性層の磁化方向をハイト方向に適切に向けるためである。

ＲＫＫＹ相互作用は、積層フェリ固定層を構成する強磁性層間の反強磁性的な結合を強めるために大きくすることが必要である。ＲＫＫＹ相互作用が弱まれば、外部磁界等によって前記強磁性層の磁化が容易に回転するなどしＧＭＲ特性に悪影響を及ぼす。

磁気検出素子の高結晶配向性は、ＧＭＲ特性に重要な要素であり、結晶配向性が崩れると（結晶配向性が低くなると）、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）の低下等を招くため、第１磁性層の材質を改良することで結晶配向性が崩れてしまうことは好ましくない。

本発明では、上記の条件を踏まえながら、第１磁性層の格子定数が、従来、第１磁性層として一般的に使用されているＣｏＦｅ合金やＣｏよりも大きくなる磁性材料を選択する。

すなわち本発明では前記第１磁性層を、ＣｏとＦｅとを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素を添加した磁性材料で形成する。この磁性材料は従来、第１磁性層として一般的に使用されていたＣｏＦｅ合金やＣｏ等に比べて格子定数が大きく、この結果、前記非磁性金属層との間でエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャル成長が促進されやすく、この結果、第１磁性層の結晶構造はより効果的に歪み、従来に比べて第１磁性層の磁歪定数λｓをさらに大きくすることが出来る。

本発明では、前記希土類元素は、Ｔｂ，Ｓｍ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂの中から少なくとも１種類が選択されてなることが好ましい。

かかる場合、前記第１磁性層は、（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙで表わされる磁性材料で形成され、元素Ｍは、Ｔｂ，Ｓｍ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂの中から少なくとも１種類が選択されてなり、組成比ｙは、０．３ａｔ％以上で５ａｔ％以下であることが好ましい。

後述する実験結果によれば、前記組成比ｙを上記範囲内にすることで、元素Ｍを添加しない磁性材料に比べて、第１磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来ることがわかった。

また本発明では、前記貴金属元素は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅの中から少なくとも１種類が選択されてなることが好ましい。

かかる場合、前記第１磁性層は、（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成され、元素Ｎは、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅの中から少なくとも１種類が選択されてなり、組成比ｚは、５ａｔ％以上で２０ａｔ％以下であることが好ましい。後述する実験結果によれば、前記組成比ｚを上記範囲内にすることで、元素Ｎを添加しない磁性材料に比べて、第１磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来ることがわかった。

また、原子比率ｘは、１あるいは０．４〜０．６の範囲内であることが好ましい。
さらに、前記第１磁性層の膜厚は、１２〜１９Åの範囲内であることが好ましい。

また本発明では、前記第１磁性層は少なくとも２層以上の積層構造からなり、前記非磁性金属層に最も近い位置に形成された磁性層が、ＣｏとＦｅとを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素が添加されてなる磁性材料で形成されている形態であってもよく、かかる場合、第１磁性層を構成する磁性層のうち、前記非磁性中間層に接する磁性層がＣｏＦｅ合金あるいはＣｏで形成されることが好ましい。これにより前記第１磁性層の磁歪定数λｓを従来に比べて適切に大きく出来ると共に、従来と同程度にＲＫＫＹ相互作用が強く働き、積層フェリ固定層を構成する複数の磁性層を互いに反平行状態に強固に磁化固定できる。

また本発明では、前記非磁性金属層は前記第１磁性層の界面に接して形成されていることが好ましい。これによって、より効果的に、前記第１磁性層の界面付近での結晶構造に歪みを生じさせ、前記第１磁性層の磁歪定数λｓを大きくすることが出来る。

また本発明では、前記非磁性金属層は、前記固定磁性層の第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、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。これにより磁気検出素子の結晶配向性を良好に出来、ＧＭＲ特性の向上を図ることが出来る。

また本発明では、前記非磁性金属層の膜厚は、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。

また前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上）中のＸ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。

また前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量は、１７原子％以上９９原子％以下であることが好ましい。

さらに、Ｉｒ―Ｍｎ合金中のＩｒの含有量は、２０原子％以上９９原子％以下であることが好ましい。
これにより第１磁性層の磁歪をより適切に大きくすることが出来る。

また本発明では、前記固定磁性層の第１磁性層は、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造又は体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面又は｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。これにより磁気検出素子の結晶配向性を良好に出来、ＧＭＲ特性の向上を図ることが出来る。

また本発明では、下からフリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層の順に積層されていることが好ましい。これにより、磁気検出素子の結晶配向性は従来と同様に良好になり、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を従来と同程度得ることが可能になる。

本発明では、自己固定式の固定磁性層を有する磁気検出素子において、固定磁性層の磁歪を制御する機構を明らかにし、前記固定磁性層に接する非磁性金属層の材質と第１磁性層の材質とを適切に選択することによって、該磁歪を適切に制御して、固定磁性層の磁化を強固に固定することのできる磁気検出素子を提供できる。

具体的には、前記固定磁性層を、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものとし、前記複数の磁性層のうち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の磁性層の前記非磁性材料層が設けられている側と反対側にＸ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金からなる前記非磁性金属層を形成する。

さらに本発明では、前記第１磁性層をＣｏとＦｅとを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素を添加した磁性材料で形成する。これにより第１磁性層の格子定数を、従来のように第１磁性層をＣｏＦｅやＣｏで形成していた場合よよりも広げることが出来る。

この結果、前記非磁性金属層と第１磁性層との積層構造では、互いの結晶どうしがエピタキシャルあるいはヘテロエピタキシャルに成長しやすく、前記非磁性金属層の界面付近での結晶構造を適切に歪ませることができ、前記第１磁性層の磁歪定数λを効果的に大きくさせることができる。前記固定磁性層の磁歪定数を大きく出来ることで磁気弾性エネルギーは大きくなり、固定磁性層の一軸異方性を大きくできる。

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。

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である。

図１に示される磁気検出素子では、アルミナなどの絶縁性材料からなる下部ギャップ層２０上に多層膜Ｔ１が形成されている。

図１に示す実施形態では、多層膜Ｔ１は、下からシードレイヤ２１、非磁性金属層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。

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、非磁性金属層２２の{１１１}配向が良好になる。
非磁性金属層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）と平行な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〜３０Å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〜６０Åである。また、フリー磁性層２５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造であってもよい。

保護層２６はＴａ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の両側にはバイアス下地層２７、ハードバイアス層２８及び電極層２９が形成されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層２５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

バイアス下地層２７，２７はＣｒ，Ｗ，Ｔｉで、ハードバイアス層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されており、電極層２９，２９は、Ｃｒ，Ｔａ，Ｒｈ，ＡｕやＷ（タングステン）などで形成されている。

バイアス下地層２７，２７の膜厚は２０Å〜１００Å、ハードバイアス層２８，２８の膜厚は１００Å〜４００Å、電極層２９，２９の膜厚は４００Å〜１５００Åである。

電極層２９，２９、及び保護層２６上には、アルミナなどの絶縁性材料からなる上部ギャップ層３０が積層される。なお、図示はしないが、下部ギャップ層２０の下には下部シールド層が設けられ、上部ギャップ層上には上部シールド層が設けられる。下部シールド層及び上部シールド層はＮｉＦｅなどの軟磁性材料によって形成される。上部ギャップ層及び下部ギャップ層の膜厚は５０Å〜３００Åである。

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）と平行な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に示される磁気検出素子の固定磁性層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。第１磁性層２３ａの磁化と第２磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって互いに反平行方向に向けられている。

本発明は、前記第１磁性層２３ａと非磁性金属層２２の材質等を適正化することで、前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを従来よりも大きくしている。まず非磁性金属層２２について説明する。

第１磁性層２３ａは、第２磁性層２３ｃより非磁性材料層２４から離れた位置に形成されており、非磁性金属層２２に接している。

非磁性金属層２２は、Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金によって形成されている。
非磁性金属層２２の膜厚は、５Å以上５０Å以下であることが好ましい。

Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる非磁性金属層２２の膜厚がこの範囲内であると、非磁性金属層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方格子（ｆｃｃ）構造を維持しつづける。なお、非磁性金属層２２の膜厚が、５０Åより大きくなると、２５０℃以上の熱が加わったときに、非磁性金属層２２の結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方格子（ｆｃｔ）構造に構造変態するので好ましくない。ただし、非磁性金属層２２の膜厚が、５０Åより大きくても、２５０℃以上の熱が加わらなければ、非磁性金属層の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方格子（ｆｃｃ）構造を維持しつづける。

なおＣｕＡｕＩ型の規則相への変態は、その過程で、原子の再配列が起こり第１磁性層２３ａとの界面での整合関係が崩れるので磁歪増強の観点からは好ましくないが、一部のみが規則相へ変態するのであれば、磁歪の低下は少なく、なお且つ反強磁性による第１磁性層２３ａの保磁力増大効果も付加されるので、一部のみ規則化されてもよい。

Ｘ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）からなる非磁性金属層２２が面心立方格子（ｆｃｃ）構造の結晶構造を有するとき、この非磁性金属層２２と第１磁性層２３ａとの界面には交換結合磁界は発生しないか、または極めて弱く、交換結合磁界によって第１磁性層２３ａの磁化方向を固定することはできない。

また前記非磁性金属層２２は室温以下では反強磁性となるが、その大部分が室温よりも低いブロッキング温度（Ｔ_Ｂ）を有しているため、室温では大部分が非磁性であるが、一部に室温よりも高いブロッキング温度を有する反強磁性相があってもよい。

図１に示す実施形態では、固定磁性層２３の磁化を固定する一軸異方性を決める、誘導磁気異方性と磁気弾性効果のうち、磁気弾性効果を主に利用している。

磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層２３にかかる応力σと固定磁性層２３の磁歪定数λによって規定される。

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は一対のバイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び電極層２９，２９の間に形成されている。なお、バイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８は、電極層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、バイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び電極層２９，２９の周囲は、斜線で示される絶縁材料層３１によって埋められている。

また、多層膜Ｔ１、バイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び電極層２９，２９の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２０Å〜５０Å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ギャップ層２０及び上部ギャップ層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、バイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び電極層２９，２９の積層膜が圧縮性の内部応力を有している場合には、電極層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、ハイト方向の引張り応力とトラック幅方向の圧縮応力が加えられる。そして、第１磁性層２３ａは、磁歪定数が正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、第１磁性層２３ａの磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となり、第１磁性層２３ａの磁化方向がハイト方向と平行方向または反平行方向に固定される。第２磁性層２３ｃの磁化は、非磁性中間層２３ｂを介したＲＫＫＹ相互作用によって第１磁性層２３ａの磁化方向と反平行方向を向いた状態で固定される。

本発明では、固定磁性層２３の磁歪定数を大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、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。また例えば、静電気放電（ＥＳＤ）による過渡電流が流れたときでも、磁化反転を起こしにくい磁気検出素子を提供できる。

本発明では、第１の特徴点として、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａと接する非磁性金属層２２の材質等を上記のように適正化し、第１磁性層２３ａ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λを大きくさせている。

第１磁性層２３ａを構成する原子と非磁性金属層２２を構成する原子は、互いに重なりあいやすい状態であり、非磁性金属層２２内の結晶と固定磁性層２３内の結晶の少なくとも一部はエピタキシャルあるいはヘテロエピタキシャルな状態になっている。

非磁性金属層２２を構成する原子と第１磁性層２３ａの原子とを重なり合わせつつ、結晶構造に歪みを生じさせ、第１磁性層２３ａの磁歪を大きくするために、非磁性金属層２２の材料である前記Ｘ―Ｍｎ合金中のＸ元素の含有量を調節することが好ましい。

例えば、前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量を、５１原子％以上にすると、非磁性金属層２２に重なる第１磁性層２３ａの磁歪が急激に増加する。また、前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量が、４５原子％以上９９原子％以下であると、前記第１磁性層の磁歪が大きな値をとる。さらに前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量が、５５原子％以上９９原子％以下であると、前記第１磁性層の磁歪が大きな値をとりつつ安定する。

また本発明では、前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量は、１７原子％以上９９原子％以下であることが好ましい。

さらに、Ｉｒ―Ｍｎ合金中のＩｒの含有量は、２０原子％以上９９原子％以下であることが好ましい。
これにより第１磁性層２３ａの磁歪をより適切に大きくすることが出来る。

本発明の第２の特徴として、前記第１磁性層２３ａを、ＣｏとＦｅを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素を添加した磁性材料で形成する。

前記第１磁性層２３ａとして使用される材質には、正磁歪であること、第２磁性層２３ｃとの間で生じるＲＫＫＹ相互作用が大きくなり第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃとを適切に反平行に磁化固定できること、多層膜Ｔ１の結晶配向性を良好に維持できること、が必要である。

従来から第１磁性層２３ａとして一般的に使用されているＣｏＦｅ合金やＣｏは上記の要件を満たすものであるが、上記の要件を満たし、なおかつ、第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを、ＣｏＦｅ合金やＣｏを使用した場合に比べて大きく出来る材質として、本発明では、ＣｏとＦｅを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素を添加した磁性材料を提供する。

本発明では、前記希土類元素は、Ｔｂ，Ｓｍ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂの中から少なくとも１種類が選択されてなることが好ましい。かかる場合、前記第１磁性層２３ａは、（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙで表わされる磁性材料で形成され、元素Ｍは、Ｔｂ，Ｓｍ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂの中から少なくとも１種類が選択されてなり、組成比ｙは、０．３ａｔ％以上で５ａｔ％以下であることが好ましい。

後述する実験結果によれば、前記元素Ｍの組成比ｙを０．３ａｔ％〜５ａｔ％の範囲内にすることで、前記第１磁性層２３ａの磁歪増強効果が適切に得られた。本発明では、前記元素Ｍの組成比を４ａｔ％以下にすることで、前記元素Ｍを添加しない場合の磁性材料の磁歪定数に比べて確実に高い値の磁歪定数を得ることが出来た。

また本発明では、前記貴金属元素は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅの中から少なくとも１種類が選択されてなることが好ましい。またかかる場合、前記第１磁性層２３ａは、（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成され、元素Ｎは、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅの中から少なくとも１種類が選択されてなり、組成比ｚは、５ａｔ％以上で２０ａｔ％以下であることが好ましい。

後述する実験結果によれば、前記元素Ｎの組成比ｚを５ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲内にすることで、前記第１磁性層２３ａの磁歪増強効果が適切に得られた。本発明では、前記元素Ｎの組成比を１６ａｔ％以下にすることで、前記元素Ｎを添加しない場合の磁性材料の磁歪定数に比べて確実に高い値の磁歪定数を得ることが出来た。

また、元素ＮのＰｔを選択したＣｏＦｅ−ＰｔあるいはＣｏ−Ｐｔでは、Ｐｔの組成比を１０ａｔ％以上にすれば第１磁性層２３ａの保磁力増強効果が顕著に現れた。

また元素ＮにＩｒを選択した場合には、元素Ｎを添加しないＣｏＦｅやＣｏに比べて非常に高い磁歪定数が得られ、しかも保磁力Ｈｃも安定して高い値を得ることが出来た。

また本発明では、原子比率ｘは、１あるいは０．４〜０．６の範囲内であることが好ましい。これにより前記第１磁性層２３ａの保磁力Ｈｃを増大させることができる。また、前記第２磁性層２３ｃとの間で発生するＲＫＫＹ相互作用も大きくでき、前記第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃとを適切に反平行状態に磁化固定することが出来る。また前記第１磁性層２３ａの結晶配向性も良好に出来る。本発明では、前記第１磁性層２３ａは、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造又は体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面又は｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。

また本発明では、前記第１磁性層２３ａの膜厚は、１２〜１９Åの範囲内であることが好ましい。前記第１磁性層２３ａの膜厚が大きすぎると、第１磁性層２３ａに生じる歪みが小さくなり、磁歪定数λ及び一軸異方性も小さくなってしまう。

また前記固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃとの単位面積当たりの合成磁気モーメント（Ｎｅｔ Ｍｓｔ）は、０．０７（ｍｅｍｕ／ｃｍ^２）＝{０．３２π（Ｔ・ｎｍ）}〜０．１３（ｍｅｍｕ／ｃｍ^２）＝｛０．５２（Ｔ・ｎｍ）｝の範囲内であることが好ましい。これにより従来、第１磁性層２３ａをＣｏあるいはＣｏＦｅ合金等で形成した場合と同程度の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得ることが可能である。

前記第１磁性層２３ａを上記した（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成すると、前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを、ＣｏＦｅ合金やＣｏの場合に比べて大きくできるのは、（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料が、ＣｏＦｅ合金やＣｏに比べて大きい格子定数を有しているからであると考えられる。

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、非磁性金属層２２を構成する原子と第１磁性層２３ａの原子とが重なり合いつつも、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は非磁性金属層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。Ｎ１及びＮ２は、非磁性金属層２２と第１磁性層２３ａ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に示すように、第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離Ｎ１は非磁性金属層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離Ｎ２に比べて小さい。

上記のように、第１磁性層２３ａの結晶構造に歪みが生じると、第１磁性層２３ａの磁歪定数λを大きくすることができるので、大きな磁気弾性効果を発揮することができる。

上記したように、前記第１磁性層２３ａを（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成すると、格子定数をＣｏＦｅ合金やＣｏに比べて大きく出来るから、第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離Ｎ１は、第１磁性層２３ａをＣｏＦｅ合金やＣｏで形成した場合に比べて広がる。

この結果、前記第１磁性層２３ａと非磁性金属層２２との界面では、前記第１磁性層２３ａを構成する原子と非磁性金属層２２を構成する原子どうしが重なり合いやすくなり、効果的に前記第１磁性層２３ａの界面付近での結晶構造に大きな歪みを生じさせることが出来、前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを大きく出来る。

一方、第１磁性層２３ａをＣｏＦｅ合金やＣｏで形成した場合には、前記第１磁性層２３ａと非磁性金属層２２との界面での原子間の重なり合いが少なくなり、この結果、有効に前記第１磁性層２３ａの界面付近での結晶構造に歪みを持たせることができず、前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓは、前記第１磁性層２３ａを上記した（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成した場合に比べて小さくなりやすい。

なお、本発明では、第１磁性層２３ａと非磁性金属層２２の界面付近で、第１磁性層２３ａを構成する原子と、非磁性金属層２２を構成する原子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、非磁性金属層２２を構成する原子が重なり合わない領域があってもよい。

本発明では、非磁性金属層２２と第１磁性層２３ａのミスマッチ値は０．１以上で０．２以下であることが好ましい。ここで「ミスマッチ値」とは、非磁性金属層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第１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である。

なお上記では、前記第１磁性層２３ａの結晶構造が、ｆｃｃ構造を有することが好ましいと説明したが、前記第１磁性層２３ａは体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、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。

上述したように、非磁性金属層２２は、ｆｃｃ構造をとり、界面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものである。

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構造を有する結晶の少なくとも一部を、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。

また、第２磁性層２３ｃの材料には、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｌＦｅ_ｍ（ｍ≧２０ａｔ％，ｌ＋ｍ＝１００ａｔ％）、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏ_ｎＦｅ_ｏ（ｏ≦２０ａｔ％，ｎ＋ｏ＝１００ａｔ％）のどちらを用いてもよい。

第２磁性層２３ｃの材料に、ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｌＦｅ_ｍ（ｍ≧２０ａｔ％，ｌ＋ｍ＝１００ａｔ％）を用いると、正磁歪を大きくすることができる。ｂｃｃ構造をとるＣｏ_ｎＦｅ_ｏ（ｏ≧２０，ｎ＋ｏ＝１００）は、保磁力が大きく、固定磁性層２３の磁化固定を強固にすることができる。また、非磁性中間層２３ｂを介した第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間のＲＫＫＹ相互作用が強くなる。

一方、第２磁性層２３ｃは、非磁性材料層２４に接しており、磁気抵抗効果に大きな影響を及ぼす層なので、ｆｃｃ構造をとるＣｏまたはＣｏ_ｌＦｅ_ｍ（ｍ≦２０，ｌ＋ｍ＝１００）を用いて形成すると磁気抵抗効果の劣化が少ない。

図４は、固定磁性層２３の他の様態を示す部分断面図である。
図４に示されるように、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａは２層構造で形成され、非磁性金属層２２側に非磁性金属層側磁性層２３ａ１が設けられ、非磁性中間層２３ｂ側に非磁性中間層側磁性層２３ａ２が形成されている。

この実施形態では、前記非磁性金属層側磁性層２３ａ１は、上記した（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成されていることが好ましい。これにより前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを大きくすることが出来る。

一方、前記非磁性中間層側磁性層２３ａ２は、ＣｏＦｅ合金あるいはＣｏで形成されることが好ましい。前記非磁性中間層側磁性層２３ａ２をＣｏ、あるいはＣｏ_ｗＦｅ_{１００−ｗ}（ただし組成比ｗは４０〜６０ａｔ％）で形成することにより、非磁性中間層２３ｂを介した第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間のＲＫＫＹ相互作用を強く出来る。この結果、ＧＭＲ特性を向上させることが出来る。

なお第１磁性層２３ａは３層以上の積層構造であってもよいが、かかる場合でも前記非磁性金属層２２に接する磁性層が、上記した（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成され、さらに非磁性中間層２３ｂに接する磁性層が、Ｃｏ、あるいはＣｏ_ｗＦｅ_{１００−ｗ}（ただし組成比ｗは４０〜６０ａｔ％）で形成されることが好ましい。

図５は、本発明の第２の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。

図５に示された磁気検出素子は、図１に示された磁気検出素子に類似しており、多層膜Ｔ１の代わりに、多層膜Ｔ２が形成されている点で図１に示された磁気検出素子と異なっている。多層膜Ｔ２は、下から順にシードレイヤ２１、フリー磁性層２５、非磁性材料層２４、第２磁性層２３ｃ、非磁性中間層２３ｂ、第１磁性層２３ａからなる固定磁性層２３、非磁性金属層２２、及び保護層２６が積層されたものである。すなわち、多層膜Ｔ２は、多層膜Ｔ１の各層の積層順序を逆にしたものである。

本実施の形態の磁気検出素子でも、固定磁性層２３の第１磁性層２３ａが非磁性金属層２２に接している。

本実施の形態でも、非磁性金属層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方格子（ｆｃｃ）構造を維持しつづける。

また前記第１磁性層２３ａは、上記した（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料で形成されている。

図５に示す実施形態でも図３で説明したのと同様の現象が生じている。すなわち非磁性金属層２２を構成する原子と、固定磁性層２３の第１磁性層２３ａを構成する原子とは互いに重なりつつも、前記第１磁性層２３ａの界面で歪みを生じながら、非磁性金属層２２内の結晶と第１磁性層２３ａ内の結晶の少なくとも一部がエピタキシャルな、あるいはヘテロエピタキシャルな状態になっている。この結果、前記第１磁性層２３ａの磁歪定数λｓを効果的に大きくすることが出来る。

また図５に示す実施形態のように、下からフリー磁性層２５、非磁性材料層２４及び固定磁性層２３の順に積層された構成では、前記多層膜Ｔ２の結晶配向性を良好に維持しやすい。高配向性は磁気検出素子では高い抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を確保する上で重要な要素である。

図１の構成では、フリー磁性層２５の下に多数の層が積層されており、例えばこれら全ての層は{１１１}面として表される等価な結晶面、あるいは{１１１}面と類似する結晶面（例えば｛１１０｝面）が優先配向するものであればよいが、これらの層のうちのいずれかが結晶配向性を乱す低配向性のものであると、フリー磁性層２５の結晶配向性も劣化し、その結果、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は低下してしまう。

一方、図５の構成であると、磁気抵抗効果に寄与するフリー磁性層２５及び第２磁性層２３ｃは、多層膜Ｔ２の下方側に形成されるので、上記のような結晶配向性の劣化は、図１の形態に比べて小さくなり、その結果、図１の形態に比べて抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を向上させやすい構造となっている。

特に本発明では第１磁性層２３ａに、希土類元素あるいは貴金属元素を添加するが、これら元素の添加は添加しない場合に比べて結晶配向性を劣化させやすい傾向にある。このため図５のように、第１磁性層２３ａよりも下側に第２磁性層２３ｃ、及びフリー磁性層２５が設けられる構成であることが好ましい。

図６は、本発明の第３の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図である。

図６は図１と類似する多層膜Ｔ３を有しており、図１と異なって前記固定磁性層２３と非磁性金属層２２との間には前記固定磁性層２３の保磁力Ｈｃを増大させるための非磁性層３２が形成されている。前記非磁性層３２は前記固定磁性層２３に接して形成されていることが好ましい。前記非磁性層３２は前記固定磁性層２３の保磁力Ｈｃを増大させるために設けられた層である。前記非磁性層３２と固定磁性層２３とが接して形成されていることで、前記固定磁性層２３の保磁力Ｈｃをより効果的に増大させることが出来る。

前記非磁性層３２は、具体的にはＣｕあるいは、（Ｎｉ_uＦｅ_１−u）_{１００−ｖ}Ｃｒ_ｖ（ただし、ｕは原子比率で０〜１、ｖは１８〜５０ａｔ％、あるいは９０〜１００ａｔ％である）で形成される。前記（Ｎｉ_ｕＦｅ_１−ｕ）_{１００−ｖ}Ｃｒ_ｖのｕ及びｖの組成範囲は非磁性としての性質を帯びる範囲である。

なおより好ましくは前記ｕは、０．７〜１の範囲内で、ｖは２２〜４５ａｔ％の範囲内である。この範囲内であると前記固定磁性層２３の保磁力Ｈｃをより効果的に増大させることが出来る。
また前記非磁性層３２の膜厚は、３Å以上で１０Å以下であることが好ましい。

図６の実施形態では、非磁性金属層２２／非磁性層３２／固定磁性層２３の順に積層された構成であり、これにより、前記固定磁性層２３の磁歪定数のみらず保磁力Ｈｃをも大きく出来る。前記固定磁性層２３の下に直接、非磁性金属層２２が設けられていないので、図３で説明した第１磁性層２３ａの界面での結晶構造の歪みは小さくなり、図１の形態に比べて固定磁性層２３の磁歪定数λｓを大きくすることができないと予測されるが、図６の構成では、前記固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａに、上記した（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚで表わされる磁性材料を使用しているので、前記第１磁性層２３ａにＣｏやＣｏＦｅ合金を使用した場合に比べて第１磁性層２３ａの磁歪定数を大きくできるし、さらに前記第１磁性層２３ａの保磁力Ｈｃも大きくできるため、磁気検出素子の製造過程における過度なストレスや、メディア上に前記磁気検出素子が浮上している最中に、前記磁気検出素子が前記メディア上の突起等に衝突するなどして過度なストレス（メカニカルストレス）が加わっても、前記固定磁性層２３の磁化反転を適切に抑制できる。

図１，図５及び図６の構成において、固定磁性層２３の磁気弾性効果に基づく異方性を大きくするためには、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対して、バイアス下地層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び電極層２９，２９からトラック幅方向に（図示Ｘ方向）に平行な方向及び反平行な方向に加わる圧縮応力を大きくすることが好ましい。

例えば、電極層２９，２９がＣｒ（クロム）、α−Ｔａ、またはＲｈで形成され、しかも電極層２９，２９の結晶格子面の膜面平行方向の面間隔がＣｒの場合で０．２０４４ｎｍ以上（ｂｃｃ構造の｛１１０｝面間隔）、α−Ｔａの場合で０．２３３７ｎｍ以上（ｂｃｃ構造の｛１１０｝面間隔）、Ｒｈの場合で０．２２００ｎｍ以上（ｆｃｃ構造の｛１１１｝面間隔）であると、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に加わる圧縮応力を大きくすることができる。このとき、図２に示される矢印方向、すなわち電極層２９，２９の外側方向に向けて、電極層２９，２９が延伸し、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対し、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が加えられる。

電極層２９，２９の結晶格子面の膜面平行方向の面間隔は、Ｘ線回折や電子線回折によって測定することができる。なお、バルク状態のＣｒ，α−Ｔａ、またはＲｈは、結晶格子面の膜面平行方向の面間隔がＣｒの場合で０．２０４０ｎｍ（ｂｃｃ構造の｛１１０｝面間隔）、α−Ｔａの場合で０．２３３２ｎｍ（ｂｃｃ構造の｛１１０｝面間隔）、Ｒｈの場合で０．２１９６ｎｍ（ｆｃｃ構造の｛１１１｝面間隔）であり、前記面間隔がこの値以上になると電極層２９，２９が多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対し圧縮応力を与えるように作用する。

電極層２９，２９をＣｒによって形成したときと、Ａｕのような軟い金属材料によって形成したときとでは、前記圧縮応力に以下のような違いが生じる。

例えば、下から順に、バイアス下地層：Ｃｒ（５０Å）／ハードバイアス層：ＣｏＰｔ（２００Å）／中間層：Ｔａ（５０Å）／電極層：Ａｕ（８００Å）／保護層：Ｔａ（５０Å）が積層された膜が生じさせる圧縮応力は、２８０ＭＰａである。

これに対し、下から順に、バイアス下地層：Ｃｒ（５０Å）／ハードバイアス層：ＣｏＰｔ（２００Å）／中間層：Ｔａ（５０Å）／電極層：Ｃｒ（１４００Å）／保護層：Ｔａ（５０Å）が積層された膜が生じさせる圧縮応力は、６７０ＭＰａである。

なお、中間層Ｔａ（５０Å）と保護層Ｔａ（５０Å）は図１，Ｔ５，図６には示されていないが、それぞれ、電極層の結晶配向性を整える層と酸化防止層として機能する。

なお、電極層２９，２９をスパッタ成膜するときには、イオンビームスパッタ法を用い、スパッタ装置内のＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒなどの圧力を５×１０^−３〜１×１０^−１（Ｐａ）と小さくする。スパッタ装置内のＡｒ，Ｘｅ，Ｋｒなどの圧力が小さいと、電極層を形成するＣｒ，Ｔａ，Ｒｈ原子がＡｒ原子に衝突する確率が減少するので、Ｃｒなどの原子は高いエネルギーを保持したまま堆積していく。既に成膜されているＣｒなどの膜に、ターゲットから飛来したなどのＣｒ原子が大きなエネルギーをもって衝突して埋め込まれていくと、電極層２９，２９が外側方向に向けて延伸する。

固定磁性層２３のトラック幅方向の両端部はハードバイアス層２８，２８が発生する縦バイアス磁界によって磁化方向が傾きやすくなっている。しかし、固定磁性層２３のトラック幅方向の両端部には大きな圧縮応力が加わる。従って、固定磁性層２３のトラック幅方向の両端部は、磁気弾性効果による異方性が大きくなり、磁化方向が一方向に強く固定される。

本発明は、固定磁性層２３の両側からの圧縮応力と磁歪との関係に基づく一軸異方性によって、固定磁性層２３の磁化方向を固定するものであり、固定磁性層にかかる圧縮応力は固定磁性層２３の光学的トラック幅方向の両端部で強く、中央部で弱い。従って、固定磁性層２３の光学的トラック幅方向の幅寸法が大きいと、固定磁性層２３の中央部付近の磁化方向固定力が小さくなる。従って、固定磁性層２３の光学的トラック幅寸法Ｗ１は、０．１５μｍ以下であることが好ましい。

なお、フリー磁性層２５の磁歪は負磁歪にすることが好ましい。上記したように、磁気検出素子の多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３には、両側から圧縮応力が加わっているので、負磁歪のフリー磁性層２５は磁気弾性効果によって、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に平行または反平行方向が磁化容易軸になりやすくなる。

フリー磁性層２５のトラック幅方向の両端部は反磁界によって磁化が不安定になりやすい。しかし、フリー磁性層２５のトラック幅方向の両端部は、ハードバイアス層２８，２８に近く、大きな圧縮応力が加わる。従って、フリー磁性層２５のトラック幅方向の両端部は、磁気弾性効果による異方性が大きくなり、磁化方向が安定化する。

従って、ハードバイアス層２８，２８の膜厚を小さくして、縦バイアス磁界を小さくしてもフリー磁性層２５を安定した単磁区状態にすることができる。ハードバイアス層２８，２８の膜厚を小さくして、縦バイアス磁界を小さくできると、固定磁性層２３のハイト方向への磁化固定状態を安定化できる。

なお、フリー磁性層２５の中央部付近の圧縮応力は、両端部の圧縮応力よりも小さいので、磁界検出感度の低下を抑えることができる。

フリー磁性層２５の磁歪定数λは、−８×１０^−６≦λ≦−０．５×１０^−６の範囲であることが好ましい。また、ハードバイアス層２８，２８の膜厚ｔは１００Å≦ｔ≦２００Åであることが好ましい。フリー磁性層２５の磁歪λが小さすぎると、あるいはハードバイアス層２８，２８の膜厚ｔが厚すぎると磁気検出素子の再生感度が低下する。一方、フリー磁性層２５の磁歪λが大きすぎると、あるいはハードバイアス層２８，２８の膜厚ｔが薄すぎると磁気検出素子の再生波形に乱れが生じやすい。

図１、図５，図６に示された本実施の形態の磁気検出素子は、スパッタ法又は蒸着法による薄膜形成及びレジストフォトリゾグラフィーによるパターン形成によって製造される。スパッタ法及びレジストフォトリゾグラフィーは磁気検出素子を形成するときに、通常用いられる方法を使用する。

なお本実施の形態では、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の両側部にハードバイアス層２８，２８と電極層２９，２９の積層体が形成され、この積層体によって多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に圧縮応力が加えられている。ただし、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の両側部にはハードバイアス層２８，２８がなくてもよい。例えば、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の両側部に、軟磁性材料層と反強磁性層の積層体が設けられていてもよいし、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の両側部が絶縁層であってもよい。

なお、本発明は、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の膜厚垂直方向にセンス電流が流されるトンネル型磁気抵抗効果素子やＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子に用いてもよい。この場合、電極層は、多層膜Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の上下にそれぞれ形成されることになる。

以上本発明をその好ましい実施例に関して述べたが、本発明の範囲から逸脱しない範囲で様々な変更を加えることができる。

なお、上述した実施例はあくまでも例示であり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

以下の膜構成からなる試料を形成した。
（膜構成）
シード層；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２）／非磁性金属層；Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（３０）／第１磁性層（５０）／Ｒｕ（９．１）／Ｃｕ（６５）／Ｔａ（３０）
なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

前記第１磁性層をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ及びＳｍ−Ｃｏで形成した各試料を用い、Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍの組成比と前記第１磁性層の磁歪定数λｓとの関係を調べた。磁歪定数λｓは光てこ法によって測定した。その実験結果が図７である。

Ｔｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ及びＳｍ−Ｃｏの全てにおいて、Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍの組成比が約１（ａｔ％）のとき、第１磁性層の磁歪定数λｓは最大となった。前記Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍの組成比を１（ａｔ％）よりも大きくしていくと、徐々に第１磁性層の磁歪定数λｓは小さくなっていき、前記Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍの組成比が５ａｔ％を越えると、第１磁性層の磁歪定数が５０（ｐｐｍ）を下回り、前記Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍを添加しない場合の磁性材料、すなわち第１磁性層としてＣｏを使用した場合の磁歪定数λｓよりも小さい磁歪定数しか得られないことがわかった。第１磁性層としてＣｏを使用した場合の磁歪定数λｓよりも確実に大きい磁歪定数を得るには、前記Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍの組成比を４ａｔ％以下にすることが好ましいこともわかった。

また前記Ｔｂ，Ｐｒ及びＳｍの組成比を０．３ａｔ％以上にすれば、第１磁性層としてＣｏを使用した場合の磁歪定数λｓよりも確実に大きい磁歪定数を得られることがわかった。

次に、以下の膜構成からなる試料を形成した。
シード層；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２）／非磁性金属層；Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（３０）／第１磁性層／Ｒｕ（９．１）／第２磁性層；Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（１８）／フリー磁性層；［ＣｏＦｅ（１０）／ＮｉＦｅ（２８または３２）］／Ｔａ（３０）
なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

表１に示すように前記第１磁性層（ｐｉｎ１）をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ，Ｓｍ−Ｃｏ及びＣｏで形成し膜厚を種々変えた各試料を用い、スピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。

なお各試料における第１磁性層の組成比、及びフリー磁性層の膜厚は表１，図８に記載されている通りである。

ここでスピンフロップ磁界Ｈｓｆとは前記第１磁性層と第２磁性層との反平行の磁化状態が崩れるときの磁界の大きさを意味する。このスピンフロップ磁界が大きいほど前記第１磁性層と第２磁性層は反平行の磁化状態を適切に保つ。

図８に示すように、前記第１磁性層をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ，Ｓｍ−Ｃｏで形成した各試料のスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）は、前記第１磁性層をＣｏで形成した場合とさほど変らない値をとる。

しかし抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は、前記第１磁性層をＣｏで形成した方が、前記第１磁性層をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ，Ｓｍ−Ｃｏで形成した場合よりも大きくなることがわかった。

ただし、前記第１磁性層をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ，Ｓｍ−Ｃｏで形成した各試料においてスピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）を大きくしていけば、ΔＲ／Ｒも上昇する傾向にあり、スピンフロップ磁界が２０００（Ｏｅ）（＝約１５．８×１０^４（Ａ／ｍ））以上であればΔＲ／Ｒを１２％以上にでき、第１磁性層にＣｏを使用した試料のΔＲ／Ｒに近づけることが出来る。

図７に示す実験結果から、第１磁性層に希土類元素を添加する場合、その添加量は０．３（ａｔ％）以上で５（ａｔ％）以下であることが好ましいことを導き出した。

次に、以下の膜構成からなる試料を形成した。
シード層；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２）／非磁性金属層；Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（第１磁性層がＩｒ−Ｃｏ，Ｒｈ−Ｃｏのとき１０Å、Ｐｔ−Ｃｏのとき３０）／第１磁性層（Ｉｒ−Ｃｏ，Ｒｈ−Ｃｏのとき５０Å、Ｐｔ−ＣｏのときＰｔの組成比の小さい方から２０Å、２２．４Å、２４Å）／Ｒｕ（９．１）
なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

第１磁性層をＩｒ−Ｃｏ，Ｒｈ−Ｃｏ及びＰｔ−Ｃｏで形成した各試料を用い、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔの組成比と第１磁性層の保磁力Ｈｃとの関係を調べた。その実験結果が図９である。

図９に示すように、第１磁性層にＲｈ−Ｃｏを使用した場合には、第１磁性層にＣｏを使用した場合とさほど変らない保磁力Ｈｃを示した。一方、第１磁性層にＩｒ−Ｃｏを使用した場合には、第１磁性層にＣｏを使用した場合に比べて第１磁性層の保磁力Ｈｃを大きくすることができた。

また前記第１磁性層にＰｔ−Ｃｏを使用した場合には、第１磁性層にＣｏを使用した場合に比べて第１磁性層の保磁力Ｈｃを大きくすることができ、特にＰｔの組成比を１０ａｔ％以上にすると顕著に保磁力Ｈｃの増強効果が得られた。

図１０は図９の実験に使用したのと同じ試料を用い、Ｉｒ，Ｒｈの組成比と第１磁性層の磁歪定数との関係を測定したグラフである。磁歪定数は光てこ法によって測定した。

図１０に示すように、Ｉｒ及びＲｈの組成比を大きくしていくと６〜８（ａｔ％）程度までは第１磁性層の磁歪定数は上昇していき、Ｉｒ及びＲｈの組成比が約８（ａｔ％）以上に大きくなると前記第１磁性層の磁歪定数は徐々に低下していくことがわかった。

次に、以下の膜構成からなる試料を形成した。
シード層；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２）／非磁性金属層；Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（３０）／第１磁性層；Ｐｔ−Ｃｏ（Ｐｔが０ａｔ％のとき、２０Å、Ｐｔが１０．７ａｔ％のとき２２．４Å、Ｐｔが１６．７ａｔ％のとき２４Å）／Ｒｕ（８．７）／第２磁性層；Ｃｏ（４０）／Ｃｕ（２１）／Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（１４）／Ｒｕ（９）／Ｃｏ_９０Ｆｅ_１０（１４）／ＰｔＭｎ（１４０）／Ｔａ（３０）
なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

上記試料を用い、第１磁性層を構成するＰｔ−ＣｏのＰｔの組成比を変化させた時の、第１磁性層／Ｒｕ／第２磁性層のシンセティックフェリピンド構造からなる固定磁性層の磁歪定数λｓを求めた。なお磁歪定数はベンディング法によって測定した。ベンディング法とは、上記膜構成から成る試料を湾曲させて一軸性の歪みを与え、逆磁歪効果による一軸異方性の変化から磁歪定数を測定する方法である。実験結果は図１１に示されている。

図１１に示すように、第１磁性層を構成するＰｔ−ＣｏのＰｔの組成比を約１０ａｔ％程度まで大きくしていくと、それにつれて固定磁性層の磁歪定数λｓも徐々に大きくなっていき、第１磁性層を構成するＰｔ−ＣｏのＰｔの組成比を約１０ａｔ％より大きくしていくと、徐々に固定磁性層の磁歪定数λｓが低下していった。

図９ないし図１１に示す実験結果から、第１磁性層に貴金属元素を添加する場合、その添加量は５（ａｔ％）以上で２０（ａｔ％）以下であることが好ましいことを導き出した。前記添加量を５（ａｔ％）以上にすると磁歪定数と共に保磁力Ｈｃも大きく出来る。一方、前記添加量を２０（ａｔ％）よりも大きくしていくと、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔを添加しない場合の磁性材料、すなわちＣｏを第１磁性層として使用した場合に比べて、磁歪定数λｓが低くなりやすいので、前記添加量の上限を２０（ａｔ％）に設定した。より好ましくは前記添加量の上限を１６ａｔ％以下にすれば、確実に、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔを添加しない場合の磁性材料を第１磁性層として使用した場合に比べて、磁歪定数λｓを高く出来ることがわかった。

なお図９ないし図１１に示す実験結果から、第１磁性層の磁歪定数を、貴金属元素を添加しない磁性材料（ＣｏやＣｏＦｅ）に比べて非常に大きい値に設定するには第１磁性層にＩｒ−Ｃｏを用いることが好ましく、前記磁歪定数を貴金属元素の添加量にさほど左右されずに、貴金属元素を添加しない磁性材料（ＣｏやＣｏＦｅ）に比べて磁歪定数が大きく安定したものにするには、第１磁性層にＰｔ−Ｃｏを使用することが好ましいことがわかった。

また第１磁性層にＩｒ−ＣｏあるいはＰｔ−Ｃｏを使用すれば第１磁性層の保磁力も適切に向上させることが出来ることがわかった。

次に、以下の膜構成からなる試料を形成した。
シード層；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２）／非磁性金属層；Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（１０）／第１磁性層／Ｒｕ（９．１）／第２磁性層；Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（１８）／フリー磁性層；［ＣｏＦｅ（１０）／ＮｉＦｅ（３２）］／Ｔａ（３０）
なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

実験では表２に示す第１磁性層（ｐｉｎ１）の膜厚を変化させて第１磁性層と第２磁性層の単位面積当たりの合成磁気モーメント（ｎｅｔ−Ｍｓ・ｔ）を変化させていき、ｎｅｔ−Ｍｓ・ｔと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を調べた。なお各試料における第１磁性層の材質及び組成比は表２，図１２に示した通りである。

図１２に示すように、ｎｅｔ−Ｍｓ・ｔが大きくなっていくと、それにつれてΔＲ／Ｒも大きくなっていくことがわかった。

図１２に示すように、第１磁性層にＲｈ−Ｃｏを使用した場合には、第１磁性層にＣｏを使用した場合に比べて、同じｎｅｔ−Ｍｓ・ｔが得られてもΔＲ／Ｒは小さくなる傾向にあるが、第１磁性層にＩｒ−Ｃｏを使用した場合には、第１磁性層にＣｏを使用した場合に比べて、同じｎｅｔ−Ｍｓ・ｔが得られた場合に、同程度かあるいは高いΔＲ／Ｒが得られることがわかった。

このためΔＲ／Ｒの向上の観点からは第１磁性層にＩｒ−Ｃｏを用いることが好ましいことがわかった。また第１磁性層にＲｈ−Ｃｏを使用した場合でもｎｅｔ−Ｍｓ・ｔが、０．０７（ｍｅｍｕ／ｃｍ^２）（＝０．２８π（Ｔ・ｎｍ））以上得られれば、第１磁性層にＣｏを用いｎｅｔ−Ｍｓ・ｔが、０．０５（ｍｅｍｕ／ｃｍ^２）（＝０．２０π（Ｔ・ｎｍ））の時のΔＲ／Ｒと同程度のΔＲ／Ｒが得られることがわかった。

次に以下に示す膜構成からなる試料を形成した。
（膜構成）
シード層；（Ｎｉ_０．８Ｆｅ_０．２）_６０Ｃｒ_４０（５２）／非磁性金属層；Ｐｔ_{５０ａｔ％}Ｍｎ_{５０ａｔ％}（３０）／第１磁性層；ＣｏＦｅ（１５〜２０）／Ｒｕ（８．７）／Ｃｕ（８５）／Ｔａ（３０）
なお括弧書きは膜厚を示し単位はÅである。

図１３は第１磁性層を構成するＣｏＦｅ合金の組成比を変化させ、その時の第１磁性層の保磁力との関係を、図１４は第１磁性層を構成するＣｏＦｅ合金の組成比を変化させ、その時の第１磁性層の磁歪定数との関係を測定したグラフである。なお各図において、ＰｔＭｎから成る非磁性金属層を設けない比較例（図面にはＰｔＭｎ下地なしと記載）もグラフ上に載せた。

図１３に示すように、ＰｔＭｎから成る非磁性金属層を設けた実施例では、ＰｔＭｎから成る非磁性金属層を設けない比較例よりも第１磁性層の保磁力Ｈｃが低下する傾向が見られた。

本発明では、次の図１４の磁歪定数の増大を主目的としているが、第１磁性層の保磁力の大きさも磁化固定には重要なファクターであるので前記保磁力が大きくなる組成比を選ぶことが好ましい。

図１３ではＣｏの組成比を４０ａｔ％〜６０ａｔ％の範囲内を選択すれば、比較的高い保磁力を得ることが可能であることがわかった。

図１４に示すように、ＰｔＭｎから成る非磁性金属層を設けた実施例では、ＰｔＭｎから成る非磁性金属層を設けない比較例よりも第１磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来ることがわかった。

図１４に示すように、Ｃｏの組成比を４０ａｔ％〜６０ａｔ％の範囲内を選択すれば、第１磁性層の磁歪定数を安定して高い値に設定できることがわかった。またＣｏの組成比を１００ａｔ％にした場合には、第１磁性層の磁歪定数を非常に高い値に設定できることがわかった。

図１３及び図１４に示す実験結果から、第１磁性層を（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｙ}Ｍ_ｙ（ただし元素Ｍは希土類元素）、あるいは（Ｃｏ_ｘＦｅ_１−ｘ）_{１００−ｚ}Ｎ_ｚ（ただし元素Ｎはき金属元素）で表わされる磁性材料で形成する場合、ＣｏとＦｅの原子比率ｘを０．４〜０．６あるいは１に設定することが磁歪定数を大きくし、また安定した保磁力を得られる観点から好ましいことを導き出した。

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、 非磁性金属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、 本発明の磁気検出素子の図１とは異なる固定磁性層付近の部分断面図、 本発明の第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断面図、 本発明の第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断面図、 第１磁性層をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−ＣｏあるいはＳｍ−Ｃｏで形成し、Ｔｂ，Ｐｒ，Ｓｍの組成比と第１磁性層の磁歪定数との関係を示すグラフ、 第１磁性層をＴｂ−Ｃｏ，Ｐｒ−Ｃｏ，Ｓｍ−ＣｏあるいはＣｏで形成した場合の、スピンフロップ磁界（Ｈｓｆ）と抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 第１磁性層をＩｒ−Ｃｏ，Ｒｈ−ＣｏあるいはＰｔ−Ｃｏで形成し、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｐｔの組成比と第１磁性層の保磁力との関係を示すグラフ、 第１磁性層をＩｒ−Ｃｏ，Ｒｈ−Ｃｏで形成し、Ｉｒ，Ｒｈの組成比と第１磁性層の磁歪定数との関係を示すグラフ、 第１磁性層をＰｔ−Ｃｏで形成し、Ｐｔの組成比と積層フェリピンド構造の固定磁性層の磁歪定数との関係を示すグラフ、 第１磁性層をＩｒ−Ｃｏ，Ｒｈ−Ｃｏ，あるいはＣｏで形成した場合の、積層フェリピンド構造のｎｅｔ−Ｍｓ・ｔと抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）との関係を示すグラフ、 第１磁性層をＣｏＦｅで形成し、ＰｔＭｎ下地がある場合（実施例）とＰｔＭｎ下地が無い場合（比較例）における、Ｃｏの組成比と第１磁性層の保磁力Ｈｃとの関係を示すグラフ、 第１磁性層をＣｏＦｅで形成し、ＰｔＭｎ下地がある場合（実施例）とＰｔＭｎ下地が無い場合（比較例）における、Ｃｏの組成比と第１磁性層の磁歪定数λｓとの関係を示すグラフ、

符号の説明

２０ 下部ギャップ層
２１ シードレイヤ
２２ 非磁性金属層
２３ 固定磁性層
２３ａ 第１磁性層
２３ｂ 非磁性中間層
２３ｃ 第２磁性層
２４ 非磁性材料層
２５ フリー磁性層
２６ 保護層
２７ バイアス下地層
２８ ハードバイアス層
２９ 電極層
３０ 上部ギャップ層
３２ 非磁性層

Claims (17)

1. 固定磁性層とフリー磁性層が非磁性材料層を介して積層されてい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って、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が設けられている側と反対側にＸ―Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上の元素である）合金からなる反強磁性を有さない非磁性金属層が形成され、
   前記第１磁性層はＣｏとＦｅとを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素が添加されてなり、
   前記非磁性金属層の格子定数は、前記第１磁性層の格子定数よりも大きく、前記非磁性金属層内の結晶と前記第１磁性層内の結晶の少なくとも一部は、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、前記第１磁性層の前記非磁性金属層との界面付近では結晶構造に歪みが生じて、前記第１磁性層の磁歪定数を大きくしており、前記第１磁性層は、正の磁歪定数を有しており、
   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. 前記希土類元素は、Ｔｂ，Ｓｍ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂの中から少なくとも１種類が選択されてなる請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記第１磁性層は、（Ｃｏ_xＦｅ_1-x）_100-yＭ_yで表わされる磁性材料で形成され、元素Ｍは、Ｔｂ，Ｓｍ，Ｐｒ，Ｙ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂの中から少なくとも１種類が選択されてなり、組成比ｙは、０．３ａｔ％以上で５ａｔ％以下である請求項２記載の磁気検出素子。
4. 前記貴金属元素は、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅの中から少なくとも１種類が選択されてなる請求項１記載の磁気検出素子。
5. 前記第１磁性層は、（Ｃｏ_xＦｅ_1-x）_100-zＮ_zで表わされる磁性材料で形成され、元素Ｎは、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｒｅの中から少なくとも１種類が選択されてなり、組成比ｚは、５ａｔ％以上で２０ａｔ％以下である請求項４記載の磁気検出素子。
6. 原子比率ｘは、１あるいは０．４〜０．６の範囲内である請求項３または５に記載の磁気検出素子。
7. 前記第１磁性層の膜厚は、１２〜１９Åの範囲内である請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
8. 前記第１磁性層は少なくとも２層以上の積層構造からなり、前記非磁性金属層に最も近い位置に形成された磁性層が、ＣｏとＦｅとを主体とし、さらに希土類元素あるいは貴金属元素が添加されてなる磁性材料で形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 第１磁性層を構成する磁性層のうち、前記非磁性中間層に接する磁性層がＣｏＦｅ合金あるいはＣｏで形成される請求項８記載の磁気検出素子。
10. 前記非磁性金属層は前記第１磁性層の界面に接して形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. 前記非磁性金属層は、前記固定磁性層の第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、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１０のいずれかに記載の磁気検出素子。
12. 前記非磁性金属層の膜厚は、５Å以上５０Å以下である請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
13. 前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量は、４５原子％以上９９原子％以下である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
14. 前記Ｘ―Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕのいずれか１種または２種以上）中のＸ元素の含有量は、１７原子％以上９９原子％以下である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
15. Ｉｒ―Ｍｎ合金中のＩｒの含有量は、２０原子％以上９９原子％以下である請求項１ないし１２のいずれかに記載の磁気検出素子。
16. 前記固定磁性層の第１磁性層は、前記非磁性金属層側の界面付近あるいは全領域において面心立方格子（ｆｃｃ）構造又は体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、｛１１１｝面又は｛１１０｝面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１５のいずれかに記載の磁気検出素子。
17. 下からフリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層の順に積層されている請求項１ないし１６のいずれかに記載の磁気検出素子。

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