磁気検出素子
【課題】 ＣＰＰ型磁気検出素子において、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ＣＩＰ型磁気検出素子では成し得なかった構造で強固に固定できる磁気検出素子を提供することを目的としている。
【解決手段】 ＣＰＰ型磁気検出素子において、人工フェリ構造の固定磁性層２３の上下を非磁性金属製の磁歪増強層２２と、Ｃｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層２４で挟む。ＣＰＰ型磁気検出素子であるため、前記固定磁性層２３とフリー磁性層２５との間に位置する非磁性材料層２４をＣｕと異なる材質で形成しても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の低下は小さい。従って本発明では、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を低下させることなく前記固定磁性層２３の磁歪定数を上下方向から大きくすることが可能になり、前記固定磁性層２３を、より強固に磁化固定することが出来る。
【解決手段】 ＣＰＰ型磁気検出素子において、人工フェリ構造の固定磁性層２３の上下を非磁性金属製の磁歪増強層２２と、Ｃｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層２４で挟む。ＣＰＰ型磁気検出素子であるため、前記固定磁性層２３とフリー磁性層２５との間に位置する非磁性材料層２４をＣｕと異なる材質で形成しても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の低下は小さい。従って本発明では、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を低下させることなく前記固定磁性層２３の磁歪定数を上下方向から大きくすることが可能になり、前記固定磁性層２３を、より強固に磁化固定することが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の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ＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子では成し得なかった構造で、より強固に固定できる磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜を有して成る磁気検出素子には、前記多層膜に対する電流方向の違いにより、ＣＩＰ（current in the plane）型と、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の２種類が存在する。
【０００３】
ＣＩＰ型磁気検出素子では、前記多層膜に対して膜面と平行な方向に電流が流され、一方、ＣＰＰ型磁気検出素子では、前記多層膜の各層の膜面に対し垂直方向に電流がながされる。
【０００４】
ＣＰＰ型磁気検出素子は、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べて素子サイズの狭小化によって再生出力を大きく出来るといった利点があると考えられ、現在、主流のＣＩＰ型磁気検出素子に代わってＣＰＰ型磁気検出素子が今後の更なる高記録密度化に対応できる構造と期待されている。
【０００５】
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、磁気検出素子の単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の向上がある。
【０００６】
下記の特許文献１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を固定する方式を示す公知文献で、この文献については後でその問題点等を説明する。
【特許文献１】特開平８−７２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のＣＰＰ型磁気検出素子には以下のような問題点があった。
図１０は従来のＣＰＰ型磁気検出素子の構造を模式化したもので、具体的には、フリー磁性層１の上下に非磁性材料層２，２を介して固定磁性層３，３、及び反強磁性層４，４が設けられた多層膜を有し、その多層膜の上下に電極５，６が設けられている。
【０００８】
図１０に示す構造では、前記固定磁性層３，３は２層の磁性層３ａ、３ｃの間に非磁性中間層３ｂが介在した３層の積層構造である。前記磁性層３ａ，３ｃの磁化は互いに反平行であり、このような積層構造を人工フェリ構造と呼んでいる。
【０００９】
例えば、フリー磁性層１はＮｉＦｅ系合金で、非磁性材料層２はＣｕで、固定磁性層３を構成する磁性層３ａ，３ｃはＣｏＦｅ系合金で、非磁性中間層３ｂはＲｕで、反強磁性層４はＰｔＭｎ合金で形成される。
【００１０】
図１０の構造では、反強磁性層４，４の比抵抗が高く、具体的には２００μΩ・ｃｍ２程度（あるいはそれ以上）の比抵抗を持つため、電極５，６間に電流を流したときに、前記反強磁性層４，４が発熱源となり、ジュール熱を生じる。そのジュール熱の発生に伴い、隣接する固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１における伝導電子の格子振動によるフォノン散乱やエレクトロマイグレーションが激しくなる。
【００１１】
ところでＣＰＰ型磁気検出素子の単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）は、スピン依存バルク散乱効果と密接な関係があると考えられている。抵抗変化（ΔＲ）に寄与する層は、図１０の構造では、フリー磁性層１と固定磁性層３のうち非磁性材料層２と接する磁性層３ｃであるから、特に磁性層３ｃのスピン依存バルク散乱係数（β値）を正の値にして、アップスピンの伝導電子を前記磁性層３ｃ内で流れやすくし、一方、ダウンスピンの伝導電子を前記磁性層３ｃ内で散乱されやくし、前記アップスピンの伝導電子のスピン拡散長と、ダウンスピンの伝導電子のスピン拡散長との差を大きくすることにより、前記単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大を図ることが必要である。
【００１２】
しかし、上記した伝導電子の格子振動によるフォノン散乱やエレクトロマイグレーションは、伝導電子のスピンに依存しない散乱を生じさせることになり、その結果、ＣＰＰ型磁気検出素子において前記単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を適切に向上させることが出来ないことがわかった。
【００１３】
また、図１０に示す構造では、膜厚の厚い反強磁性層４，４の存在により電極５，６間のギャップ長が広くなり、記録媒体との高記録密度化（線記録密度の向上）に適切に対応できない構造となっていた。
【００１４】
このため、ＣＰＰ型磁気検出素子において、ＧＭＲ効果の向上を適切に図るには、前記反強磁性層４，４を多層膜の層構造から無くせばよいが、かかる場合、前記反強磁性層４が無くても前記固定磁性層の磁化を適切に固定できる構造が必要になる。
【００１５】
そこで上記した特許文献１を参照すると、この公知文献には、反強磁性層を無くし、固定磁性層の磁化を固定磁性層自体の一軸異方性で固定する方式について開示されている。
【００１６】
しかし特許文献１に示された磁気検出素子は、ＣＩＰ型の磁気検出素子でありＣＰＰ型磁気検出素子での最適な前記固定磁性層の固定磁化方式について言及がないこと、またこの公知文献１では、タンタルからなるバッファ層６２を下地として、その上にピン止め強磁性層７０（固定磁性層）を積層しているが、タンタルはアモルファスになりやすいため比抵抗が高く、特許文献１の構造をＣＰＰ型磁気検出素子に置き換えた場合に、前記バッファ層６２が、従来の反強磁性層と同様の発熱源になり伝導電子のスピンに依存しない散乱が生じることによりＧＭＲ効果を適切に向上させることができないと予測されること、及び、この特許文献１では、タンタルからなるバッファ層６２を用いると、どのような原理によって前記ピン止め強磁性層７０の磁化を強固に固定できるのか、明確な開示がないこと等により、特許文献１の構造を即座にＣＰＰ型磁気検出素子の構造として採用することは出来ない。
【００１７】
また、ＣＩＰ型磁気検出素子の場合、ＣＰＰ型磁気検出素子と違って、ＧＭＲ効果は、スピン依存界面散乱と密接な関係があると考えられ、このため、ＣＩＰ型磁気検出素子では、非磁性材料層と固定磁性層との界面構造を、現行から変更することは、ＣＩＰ型磁気検出素子において抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を低下させる可能性が高く、よってＣＩＰ型磁気検出素子の場合、非磁性材料層と固定磁性層３との界面構造を現行から改良することはできなかった。
【００１８】
上記したように、非磁性材料層２にはＣｕを用い、固定磁性層３を構成する磁性層３ｃにはＣｏＦｅ系合金等を用いている。このＣｕ／ＣｏＦｅの界面でのスピン依存界面散乱効果は、非常に良好であるため、ＣＩＰ型磁気検出素子では、非磁性材料層２をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成するとか、Ｃｕ／ＣｏＦｅの界面構造を崩す改良をすることは出来なかった。
【００１９】
しかし、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合、上記のようにＧＭＲ効果にはスピン依存界面散乱よりもスピン依存バルク散乱が重要であると考えられるため、図１０に示す非磁性材料層２と固定磁性層３（磁性層３ｃ）との界面構造を、ＣＩＰ型磁気検出素子の場合と異なって、前記固定磁性層３の磁化をより強固に固定するために、改良できる余地があるものと考えられた。
【００２０】
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、ＣＰＰ型磁気検出素子において、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ＣＩＰ型磁気検出素子では成し得なかった構造で強固に固定できる磁気検出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とが積層されている多層膜を有し、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、
前記固定磁性層は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであり、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面には、非磁性金属製の磁歪増強層が前記第１磁性層に接して設けられ、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層に最も近い位置に形成された第２磁性層は、前記非磁性材料層と接して設けられ、
前記非磁性材料層は、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成され、
前記固定磁性層は、その上下面が前記磁歪増強層と前記非磁性材料層とに挟まれており、
前記磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び前記非磁性材料層内と前記第２磁性層内との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることを特徴とするものである。
【００２２】
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ＣＰＰ型磁気検出素子である。
【００２３】
従って、膜厚の厚い反強磁性層を有するＣＰＰ型磁気検出素子に比べて、比抵抗の大きい反強磁性層を無くすことで、発熱によって生じる、伝導電子のスピンに依存しない散乱を抑制でき、ＣＰＰ型磁気検出素子において単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を向上させることが出来る。この結果、通電信頼性も向上させることが出来る。また、ＣＰＰ型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。
【００２４】
強磁性体膜の磁気異方性磁界を決める要素には、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、及び磁気弾性効果がある。本発明では、このうち固定磁性層の磁化を固定する一軸異方性を決める磁気弾性効果に着目してなされたものである。
【００２５】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層にかかる応力と固定磁性層の磁歪定数λｓによって規定される。
【００２６】
本発明では、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されているので、応力の対称性がくずれて、前記固定磁性層には、素子高さ方向（ハイト方向；前記対向面に対する法線方向）に引張り応力が働く。本発明では、固定磁性層の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００２７】
本発明では、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人工フェリ構造である。
【００２８】
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成された第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面に、非磁性金属製の磁歪増強層を前記第１磁性層に接して設ける。前記第１磁性層と前記磁歪増強層とは、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で接合され、これによって、前記第１の磁性層の結晶構造に歪みを生じさせて前記第１の磁性層の磁歪定数λｓを大きくさせている。これにより前記第１磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来る。
【００２９】
本発明では、前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層に最も近い位置に形成されている第２磁性層は、前記非磁性材料層と接して設けられ、しかも前記非磁性材料層は、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成されている。
【００３０】
前記第２磁性層と前記非磁性材料層とは、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で接合され、これによって、前記第２磁性層の結晶構造に歪みを生じさせて前記第２磁性層の磁歪定数λｓを大きくさせている。これにより前記第２磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来る。
【００３１】
このように本発明では、前記固定磁性層はその上下面が磁歪増強層とＣｕよりも格子定数が大きい非磁性材料層とによって挟まれ、前記固定磁性層の磁歪定数を上下から大きく出来る構造となっている。
【００３２】
本発明では、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜に対して垂直に電流を流すＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型磁気検出素子である。このＣＰＰ型磁気検出素子では、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の向上を図るには、強磁性層内部でのスピン依存バルク散乱が重要な役割を演じるため、前記非磁性材料層を従来、Ｃｕで形成していたものを、Ｃｕと異なる材質で形成してもΔＲ・Ａの低下は小さい。
【００３３】
一方、前記多層膜に対し各層と平行に電流を流すＣＩＰ（current in the plane）型磁気検出素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に、スピン依存界面散乱が重要な役割を演じるため、前記非磁性材料層を現行のＣｕと異なる材質で形成すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が著しく低下してしまう。
【００３４】
従って本発明のように、ＣＰＰ型磁気検出素子の構造であれば、ΔＲ・Ａを低下させることなく前記固定磁性層の上下面を非磁性金属製の磁歪増強層と、Ｃｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層とで挟み込み、これによって前記固定磁性層の磁歪定数を上下方向から大きくすることが可能になり、磁気弾性効果がより適切に発揮されて前記固定磁性層を、より強固に磁化固定することが出来る。これにより、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層の反転を起きにくくすることも出来、磁気ヘッドの性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【００３５】
また本発明では、前記非磁性材料層は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成されることが好ましい。これらは原子半径がＣｕより小さいが侵入型で固溶するためＣｕ−Ｘの格子定数を大きくする作用がある。
上記のＣｕ−Ｘ合金で形成された非磁性材料層はＣｕよりも格子定数が大きい。
【００３６】
また、前記非磁性材料層と前記第２磁性層との界面のスピン依存界面散乱係数（γ値）は正の値であることが好ましい。前記スピン依存界面散乱係数（γ値）を正の値にするには、前記元素Ｘには、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈのうち１種または２種以上の材質が選択されることが好ましい。
【００３７】
また本発明では、前記非磁性材料層に占めるＣｕの組成比は５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であり、残りの組成比が元素Ｘの組成比であることが好ましい。このように非磁性材料層をＣｕを主成分として形成することにより、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を大きくすることが出来る。
【００３８】
また本発明では、前記非磁性材料層は、スパッタ成膜されたものであることが好ましい。例えば元素ＸとしてＡｇ等を選択したとき、Ａｇ等は平衡状態ではＣｕへの溶解度が低くいためＣｕとＡｇ等とは適切に混ざらず、すなわち固溶体を形成しにくい。かかる場合、前記非磁性材料層は、全体的にＣｕよりも大きい格子定数を有せず、前記第２磁性層の格子定数を適切に大きくするための磁歪増強層として機能しない。
【００３９】
しかし、元素ＸとしてＡｇ等を選択した場合でも、前記非磁性材料層を、成膜エネルギーが高いスパッタ成膜で形成することで、前記Ａｇ等とＣｕは、均一に混ざり合い、非平衡状態の過飽和固溶体が形成されやすく、この結果、前記非磁性材料層全体の格子定数をＣｕよりも大きい格子定数で形成することが可能になる。
【００４０】
本発明では、前記第２磁性層は、正のスピン依存バルク散乱係数（β値）を有することが好ましい。
【００４１】
前記スピン依存バルク散乱係数（β値）は、磁性材料の材質で決定される。本発明では、前記スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値になる磁性材料を前記第２磁性層に選択する。
【００４２】
具体的には、前記第２磁性層の少なくとも一部は、組成式がＣｏ２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成されるか、あるいはＣｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）からなる磁性材料で形成されることが好ましい。
【００４３】
スピン依存バルク散乱係数（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。ここでβは−１よりも大きく１よりも小さい範囲内の値である。
【００４４】
上記したように本発明では、β値が正の値となる磁性材料が第２磁性層の材質として選択される。このため、上記の式においてβ値が正の値であると、ρ↓＞ρ↑となる。
【００４５】
すなわちβ値が正の値であると、ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↓）は大きくなり、前記ダウンスピンの伝導電子は前記第２磁性層内を流れにく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スピン拡散長は短くなり、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、前記アップスピンの伝導電子は前記第２磁性層内を流れやすくなり、前記アップスピンの伝導電子のスピン拡散長は延び、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スピン拡散長差を大きく出来る。前記β値が大きい磁性材料を第２磁性層として使用すれば、前記スピン拡散長差をより大きくでき、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）をより適切に向上させることができる。
【００４６】
また上記したように、前記非磁性材料層と前記第２磁性層との界面のスピン依存界面散乱係数（γ値）が正の値であると、前記界面ではアップスピンの伝導電子が流れやすくなり、一方、ダウンスピンの伝導電子は流れ難くなるため、より単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大を図ることが出来る。
【００４７】
前記スピン依存界面散乱係数（γ値）は、非磁性材料層としてＣｕを選択した従来に比べて本発明のように前記非磁性材料層をＣｕ−Ｘ合金で形成すると、スピン依存界面散乱係数（γ値）は低下すると予測されるが、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大には、スピン依存バルク散乱効果が最も重要であると考えられるので、多少、スピン依存界面散乱効果が低下しても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）はさほど低下しない。
【００４８】
ところで本発明は、ＣＰＰ型磁気検出素子であるが、非磁性材料層をＣｕと異なる材質で形成すれば、多少、ＧＭＲ効果は低下する。しかし、ＣＩＰ型磁気検出素子のように、急激に抵抗変化率に代表されるＧＭＲ効果が低下することはない。特に図１０に示すＣＰＰ型磁気検出素子のように反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて、本発明のように反強磁性層を無くしたことによるＧＭＲ効果の増大（ΔＲ／Ｒの増大）は大きく、非磁性材料層をＣｕ−Ｘ合金で形成しても図１０に示すＣＰＰ型磁気検出素子に比べて十分に大きいＧＭＲ効果を得られる。
【００４９】
本発明では、反強磁性層を無くすことでＧＭＲ効果の増大を図るが、固定磁性層の磁化を適切に固定するには、固定磁性層を構成する第１磁性層を磁歪増強層と接合させて、前記第１磁性層の磁歪定数を大きくするだけでは不十分である。なぜなら第２磁性層の磁歪定数はさほど大きくならないからである。このため第２磁性層の磁歪定数を適切に大きくすべく、本発明の対象がＣＰＰ型磁気検出素子でありＧＭＲ効果にスピン依存界面散乱効果がＣＩＰ型よりさほど重要でない点を鑑みて、非磁性材料層をＣｕよりも格子定数の大きい非磁性金属材料で形成することとし、ＧＭＲ効果を良好に維持しながら固定磁性層の磁化をより強固に固定するのである。
【００５０】
なお本発明では、前記磁歪増強層は、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）合金で形成されることが好ましい。
【００５１】
また本発明では、磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、及び前記非磁性材料層は、前記第２磁性層側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【００５２】
また本発明では、前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【００５３】
上記のように、本発明における前記磁歪増強層及び非磁性材料層は、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形態を一形態として提供することが出来る。
【００５４】
従って、前記第１磁性層及び／または第２磁性層が、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ものであると、前記第１の磁性層及び／または第２磁性層を構成する原子と前記磁歪増強層及び／または非磁性材料層を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。
【００５５】
また本発明では、前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向している形態であってもよい。
【００５６】
前記第１磁性層及び／または第２磁性層が、ｂｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであっても、前記第１磁性層及び／または第２磁性層を構成する原子と前記磁歪増強層及び／または非磁性材料層を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明では、ＣＰＰ型磁気検出素子において、人工フェリ構造の固定磁性層の上下を非磁性金属製の磁歪増強層と、Ｃｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層で挟む。
【００５８】
本発明では、ＣＰＰ型磁気検出素子であるため、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に位置する非磁性材料層をＣｕと異なる材質で形成しても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の低下は小さい。
【００５９】
従って本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の構造であれば、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を低下させることなく前記固定磁性層の上下面を非磁性金属製の磁歪増強層とＣｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層とで挟み込み、これによって前記固定磁性層の磁歪定数を上下方向から大きくすることが可能になり、磁気弾性効果がより適切に発揮されて前記固定磁性層を、より強固に磁化固定することが出来る。これにより、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層の反転を起きにくくすることも出来、磁気ヘッドの性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は、本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、図４は図１に示す磁気検出素子の部分模式図である。
【００６１】
図１、図４に示される磁気検出素子では、磁性材料製の下部シールド層２０上に多層膜Ｔ１が形成されている。
【００６２】
図１、図４に示す実施形態では、多層膜Ｔ１は、下からシードレイヤ２１、磁歪増強層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。
【００６３】
前記シードレイヤ２１は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒ、Ｔａなどで形成されている。シードレイヤ２１は、例えば（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%の膜厚３５Å〜６０Åで形成される。
【００６４】
シードレイヤ２１があると、非磁性金属製の磁歪増強層２２の{１１１}配向が良好になる。
磁歪増強層２２については、後述する。
【００６５】
固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃがＲｕ等の非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。固定磁性層２３は、固定磁性層２３自体の一軸異方性によって磁化が、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
前記第２磁性層２３ｃの上に形成された非磁性材料層２４については後述する。
【００６６】
フリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図１に示す実施形態では特にフリー磁性層２５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、フリー磁性層２５と非磁性材料層２４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜１００Åである。また、フリー磁性層２５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造であってもよい。
【００６７】
保護層２６はＴａやＲｕなどからなり、多層膜Ｔ１の酸化の進行を抑える。保護層２６の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【００６８】
図１に示す実施形態では、シードレイヤ２１から保護層２６までの多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層２５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００６９】
前記絶縁層２７と前記ハードバイアス層２８間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金，Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成される。
【００７０】
前記絶縁層２７，２９はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記多層膜Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２８の上下を絶縁するものである。
【００７１】
なお前記ハードバイアス層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。
【００７２】
絶縁層２９及び保護層２６上には、磁性材料からなる上部シールド層３０が形成される。図１，図４に示す磁気検出素子の構造はＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型であり、下部シールド層２０及び上部シールド層３０が電極として機能し、前記多層膜Ｔ１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流を流す電流源となっている。
【００７３】
フリー磁性層２５の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層２５の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層２３の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
【００７４】
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。
【００７５】
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（第１の磁性層）２３ａと第２磁性層２３ｃがＲｕ等で形成された非磁性中間層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。
【００７６】
第１磁性層２３ａは、固定磁性層２３を構成する磁性層のうちで最も前記非磁性材料層２４から離れた位置に形成されており、前記第１磁性層２３ａの前記非磁性材料層２４側と反対側の面には非磁性金属製の磁歪増強層２２が前記第１磁性層２３ａに接して設けられている。
【００７７】
また第２磁性層２３ｃは、固定磁性層２３を構成する磁性層のうちで、前記非磁性材料層２４に最も近い位置に形成されており、前記第２磁性層２３ｃは前記非磁性材料層２４と接して形成されている。
【００７８】
前記非磁性材料層２４はＣｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成されている。
【００７９】
本発明では、図１、図４に示すように、前記固定磁性層２３の上下面は、前記磁歪増強層２２と非磁性材料層２４とで挟まれた形態となっている（図４では、磁歪増強層２２と非磁性材料層２４の双方の層を斜線で示してある）。
【００８０】
図１に示す第１の実施形態では、固定磁性層２３の磁化を固定する一軸異方性を決める磁気弾性効果を主に利用している。
【００８１】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層２３にかかる応力σと固定磁性層２３の磁歪定数λｓによって規定される。
【００８２】
図２は、図１に示された磁気検出素子を図示上側（図示Ｚ方向と反対方向）からみた平面図である。磁気検出素子の多層膜Ｔ１は一対の絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び絶縁層２９，２９の間に形成されている。なお、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８は、絶縁層２９，２９の下に設けられているので、図２には図示されていない。多層膜Ｔ１と、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び絶縁層２９，２９の周囲は、斜線で示される絶縁層３１によって埋められている。
【００８３】
また、多層膜Ｔ１、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層２９，２９の記録媒体との対向面側の端面Ｆは露出しているか、またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚２０Å〜５０Å程度の薄い保護層で覆われているだけであり、開放端となっている。
【００８４】
従って、もともと２次元的に等方的であった下部シールド層２０及び上部シールド層３０からの応力が端面Ｆで開放された結果、対称性がくずれて、多層膜Ｔ１には、ハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に、引っ張り応力が加えられている。また、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層２９，２９の積層膜が圧縮性の内部応力を有している場合には、絶縁層などが面内方向に延びようとするため、多層膜Ｔ１には、トラック幅方向（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。
【００８５】
すなわち、記録媒体との対向面側の端面Ｆが開放されている固定磁性層２３には、ハイト方向（図示Ｙ方向）の引張り応力とトラック幅方向（図示Ｘ方向）の圧縮応力が加えられる。そして、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃは、磁歪定数λｓが正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となり、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と平行方向または反平行方向に固定される。第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間には、ＲＫＫＹ相互作用が働き、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化は互いに反平行状態で固定される。
【００８６】
本発明の実施形態では、固定磁性層２３の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層２３の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層２３の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層２３の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００８７】
具体的には、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａを磁歪増強層２２と接合させ、及び第２磁性層２３ｃをＣｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層２４と接合させることによって、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの結晶構造に歪みを生じさせて第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを大きくさせている。
【００８８】
なお前記非磁性材料層２４は、当然に第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有しており、磁歪増強層として機能するものである。
【００８９】
本発明では図１、図４に示すように、前記固定磁性層２３の上下面を磁歪増強層２２及びＣｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層２４で挟んだ形態にすることで、前記固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの双方の磁歪定数λｓを適切に大きくすることができ、前記固定磁性層２３全体を強固に磁化固定することが可能になる。
【００９０】
従来、非磁性材料層２４を構成していたＣｕは、第２磁性層２３ｃを構成するＣｏやＣｏＦｅ系合金等と非常に格子定数が近いため、非磁性材料層２４をＣｕで形成した場合は、前記第２磁性層２３ｃへの磁歪増強効果がほとんど無く、前記第２磁性層２３ｃの磁歪を、磁歪増強層２２と接して形成された第１磁性層２３ａと同様に高めることが不可能であった。
【００９１】
しかし、本発明では、前記非磁性材料層２４をＣｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成することで、前記非磁性材料層２４と第２磁性層２３ｃとの格子定数の差を大きくし、これによって前記第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果が適切に発揮されて、前記第２磁性層２３ｃの磁歪を、磁歪増強層２２と接して形成された第１磁性層２３ａと同様に高めることが可能になったのである。
【００９２】
本発明では、前記非磁性材料層２４をＣｕと異なる非磁性金属材料で形成するが、このような形態が可能なのは本発明における磁気検出素子がＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型だからである。
【００９３】
ＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＧＭＲ効果と、第２磁性層２３ｃ／非磁性材料層２４／フリー磁性層２５の各界面でのスピン依存界面散乱とが密接にかかわっているため、前記スピン依存界面散乱効果が大きくなるように、第２磁性層２３ｃ／非磁性材料層２４／フリー磁性層２５の各層の材質を決定する。例えば第２磁性層２３ｃにはＣｏＦｅ合金を、非磁性材料層２４にはＣｕを、フリー磁性層２５にはＣｏＦｅ合金とＮｉＦｅ合金の積層体（ＣｏＦｅ合金層は非磁性材料層２４側）を選択する。このＣｏＦｅ合金／Ｃｕの界面におけるスピン依存界面散乱効果は非常に大きいため、前記非磁性材料層２４をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成してしまうと、スピン依存界面散乱効果が急激に落ち、ＧＭＲ効果が非常に劣化するといった問題がある。
【００９４】
このためＣＩＰ型磁気検出素子の場合、非磁性材料層２４をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成することはＧＭＲ効果との関係から好ましくない。
【００９５】
一方、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合でも、スピン依存界面散乱効果は、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を向上させる一つのファクターではあるが、それ以上にスピン依存バルク散乱効果が重要な役割を演じる。
【００９６】
スピン依存バルク散乱効果は強磁性層内部での現象であり、伝導電子がスピンを変えずに進む距離、すなわちスピン拡散長(Spin Diffusion Length)と密接に関連している。
【００９７】
本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の場合、図１に示すように第２磁性層２３ｃと接する非磁性材料層２４を、Ｃｕ以外の材質の非磁性着金属材料で形成しても、前記スピン依存界面散乱効果は低下するものの、スピン依存バルク散乱効果は適切に発揮されるので、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べてＧＭＲ効果の急激な低下はない。
【００９８】
よって図１のように非磁性材料層２４をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成する構造は実用上、ＣＰＰ型磁気検出素子に限って実施可能である。
【００９９】
前記磁歪増強層２２、非磁性材料層２４及び、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃは、すべて面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが結晶性を良好にできて好ましいが、かかる場合、磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）、及び非磁性材料層２４の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）を０．０５以上で０．２０以下にすることが好ましい。
【０１００】
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、磁歪増強層２２を構成する原子と第１磁性層２３ａの原子、及び非磁性材料層２４を構成する原子と第２磁性層２３ｃの原子が互いに重なり合いつつも、界面付近で結晶構造に歪みが生じている状態になる。
【０１０１】
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は磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。また符号Ｎ３は第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離を示しており、符号Ｎ４は非磁性材料層２４の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及びＮ４は、磁歪増強層２２と第１磁性層２３ａの界面、及び非磁性材料層２４と第２磁性層２３ｃ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。
【０１０２】
図３のように磁歪増強層２２内と前記第１磁性層２３ａ内との少なくとも一部の結晶及び、非磁性材料層２４内と前記第２磁性層２３ｃ内との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルな状態で結晶成長し、その結果、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの結晶構造に歪みが生じ、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを大きくすることができる。
【０１０３】
なお、本発明では、第１磁性層２３ａと磁歪増強層２２の界面付近で、第１磁性層２３ａを構成する原子と、磁歪増強層２２を構成する原子の大部分が、及び、第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４の界面付近で、第２磁性層２３ｃを構成する原子と、非磁性材料層２４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、磁歪増強層２２を構成する原子、及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と、非磁性材料層２４を構成する原子が、重なり合わない領域があってもよい。また多結晶体を構成するうちの、一部の少数の結晶粒は非エピタキシャルな非整合状態であっても良い。
【０１０４】
次に、前記非磁性材料層２４の材質について以下に説明する。
まず前記非磁性材料層２４は、Ｃｕよりも大きい格子定数を有していなければならないが、当然に第２磁性層２３ｃの格子定数よりも大きい格子定数を有していないと、前記第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果が得られない。
【０１０５】
そこで、前記非磁性材料層２４には、Ｃｕ、及び第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料を選択する。
【０１０６】
前記第２磁性層２３ｃは、後述するようにＣｏ系合金、Ｎｉ系合金やホイスラー合金で形成される。このような磁性材料からなる第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有し、且つＣｕよりも大きい格子定数を得るには、前記非磁性材料層２４は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成されることが好ましい。
上記したＣｕ−Ｘ合金は、第２磁性層２３ｃ及びＣｕよりも大きい格子定数を有する。
【０１０７】
ところで図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子では、ＧＭＲ効果にスピン依存バルク散乱が非常に重要な役割を演じている。本発明ではＧＭＲ効果に寄与する第２磁性層２３ｃのスピン依存バルク散乱係数（β値）は正の値であることが好ましい。
【０１０８】
スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値となる磁性材料には、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）を選択できる。
上記した磁性材料は、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａに使用してもよい。
【０１０９】
本発明では、より好ましくは前記第２磁性層２３ｃは、組成式がＣｏ２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成されることである。
【０１１０】
前記ホイスラー合金は、スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値であり、しかもホイスラー合金のスピン依存バルク散乱係数（β値）は比較的大きい値（具体的には０．７以上）を有する。ここでスピン依存バルク散乱係数（β値）には、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）なる関係式が成り立っており、ρ↓は伝導電子のうちダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値である。
【０１１１】
前記スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値であると、ρ↓／ρ↑は１よりも大きくなる。すなわちρ↓＞ρ↑なる関係を満たすから、強磁性層内を前記ダウンスピンの伝導電子は流れ難くあるいはシャットアウトされて前記ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長は短くなり（絶縁的な挙動を示す）、一方、アップスピンの伝導電子は流れやすくなり前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長は延び（金属的な挙動を示す）、前記アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長の差は大きくなる。このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、β値が高いホイスラー合金は、このスピン偏極性が強く働き、前記平均自由行程及びスピン拡散長の差をよりいっそう大きくすることが可能に成る。
【０１１２】
単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）は、アップスピン及びダウンスピンの伝導電子の各スピン拡散長の差に対して正の相関を示すため、前記スピン依存バルク散乱係数（β値）を大きくしたことによりアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子のスピン拡散長の差の拡大によって単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を増大でき、高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが出来る。
【０１１３】
また、前記第２磁性層２３ｃにスピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値となる磁性材料を選択した場合、第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４との界面でのスピン依存散乱係数（スピン依存界面散乱係数（γ値））は正の値であることが好ましい。
【０１１４】
よって、前記非磁性材料層２４には、第２磁性層２３ｃ及びＣｕよりも格子定数が大きく、しかも第２磁性層２３ｃとの界面でのスピン依存界面散乱係数（γ値）が正の値となる非磁性金属材料を選択することが好ましい。
【０１１５】
具体的には前記非磁性材料層２４は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，あるいはＲｈのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成されることが好ましい。これにより前記非磁性材料層２４と第２磁性層２３ｃとのスピン依存界面散乱係数（γ値）を正の値にすることが出来る。
【０１１６】
また、前記非磁性材料層２４に占めるＣｕの組成比は、５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であり、残りの組成比が元素Ｘの組成比であることが好ましい。
【０１１７】
本発明では、非磁性材料層２４は、Ｃｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成されることが第一義的に重要であるため、前記非磁性材料層２４を、Ｃｕを全く含まない非磁性金属材料で形成してもかまわない。
【０１１８】
しかし、上記したスピン依存界面散乱係数（γ値）が、非磁性材料層２４にＣｕを選択したときほどではないが、Ｃｕで形成した非磁性材料層２４に比べて、さほどスピン依存界面散乱係数（γ値）の低下が大きくなく、しかもＣｕよりも大きい格子定数を有するべく、前記非磁性材料層２４は、Ｃｕを主体としたＣｕ−Ｘ合金であることが好ましく、かかる場合、Ｃｕの組成比は５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であることが好ましい。これにより、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の大きいＣＰＰ型磁気検出素子を得ることが出来る。
【０１１９】
また、前記非磁性材料層２４はスパッタ成膜されたものであることが好ましい。例えば、非磁性材料層２４を構成するＣｕ−Ｘ合金の元素ＸとしてＡｇ等を選択したとき、Ａｇ等は平衡状態ではＣｕへの溶解度が低く、ＣｕとＡｇ等とは適切に混ざらず、すなわち固溶体を形成しにくい。かかる場合、前記非磁性材料層２４は、全体的にＣｕよりも大きい格子定数を有せず、前記第２磁性層２３ｃの格子定数を適切に大きくすることが出来ない。
【０１２０】
しかし、元素ＸとしてＡｇ等を選択した場合でも、前記非磁性材料層２４を、成膜エネルギーが高いスパッタ成膜で形成することで、前記Ａｇ等とＣｕは、均一に混ざり合い、非平衡状態の過飽和固溶体が形成されやすく、この結果、前記非磁性材料層２４全体の格子定数をＣｕよりも大きい格子定数で形成することが可能になる。
【０１２１】
次に非磁性材料層２４の膜厚について説明する。従来、前記非磁性材料層２４をＣｕで形成していた場合、前記非磁性材料層２４の膜厚を３０Å〜４０Å程度で形成していたが、前記非磁性材料層２４をＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成した結果、前記非磁性材料層２４の比抵抗が増大した場合は、前記非磁性材料層２４の膜厚を、従来に比べて薄く形成することが好ましい。これにより単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大を図ることが出来るし、またシールド層２０，３０間の狭小化を図ることも出来る。逆に前記非磁性材料層２４の比抵抗が従来よりも低下する場合は、従来の非磁性材料層２４の膜厚と同程度かあるいは若干厚めに形成することが好ましい。なお前記非磁性材料層２４には、第２磁性層２３ｃとフリー磁性層２５間の磁気的な結合を防止する役割もあるので、ある程度の膜厚を確保することが必要である。本発明での前記非磁性材料層２４の膜厚は２０Å〜４０Åの範囲内であることが好ましい。
【０１２２】
次に磁歪増強層２２の材質について説明する。前記磁歪増強層２２として必要な条件は、第１磁性層２３ａよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料である点である。上記した非磁性材料層２４は単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に直接関与する層であるため、上記したように様々な条件が課せられ、材質の選択の余地は狭い。しかし、前記磁歪増強層２２は単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に直接、寄与しない層なので、例えば前記磁歪増強層２２と第１磁性層２３ａとの界面でのスピン依存界面散乱係数（γ値）が負の値になっても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に直接的な影響は少ない。このため前記磁歪増強層２２として選択できる材質の選択の余地は前記非磁性材料層２４の場合に比べて広い。
【０１２３】
例えば前記磁歪増強層２２には、前記非磁性材料層２４と同様に、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金や、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈ等の単体元素、あるいはスピン依存界面散乱係数（γ値）が負の値になるＲｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどを単体元素として、あるいはＣｕとの合金を構成する一元素として選択してもよい。
【０１２４】
また前記磁歪増強層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）合金で形成されていてもよい。Ｘ−Ｍｎ合金は比抵抗が高いので非磁性材料層２４の材質には不向きである。
磁歪増強層２２の膜厚は、５Å以上５０Å以下程度である。
【０１２５】
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）からなる磁歪増強層２２の膜厚がこの範囲内であると、磁歪増強層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、磁歪増強層２２の膜厚が、５０Åより大きくなると、２５０℃以上の熱が加わったときに、磁歪増強層２２の結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するので好ましくない。ただし、磁歪増強層２２の膜厚が、５０Åより大きくても、２５０℃以上の熱が加わらなければ、磁歪増強層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【０１２６】
また磁歪増強層２２が前記Ｘ―Ｍｎ合金から成るとき、前記Ｘ−Ｍｎ合金中の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。Ｘ元素の含有量がこの範囲内であると、前記第１磁性層２３ａの磁歪が大きな値をとりつつ安定化する。
【０１２７】
また磁歪増強層２２及び非磁性材料層２４は、前記第１磁性層２３ａ側の界面付近あるいは全領域において、及び前記第２磁性層２３ｃ側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【０１２８】
一方、前記第１磁性層２３ａは、前記磁歪増強層２２側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層２３ｃは、前記非磁性材料層２４側の界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【０１２９】
上記のような結晶配向を有することで、第１磁性層２３ａを構成する原子と磁歪増強層２２を構成する原子、及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と非磁性材料層２４を構成する原子が互いに重なりあいやすくなり、磁歪増強層２２内及び非磁性材料層２４内の結晶と固定磁性層２３内の結晶はエピタキシャルな状態で成長しやすい。
【０１３０】
また本発明では、前記第１磁性層２２ａは、前記磁歪増強層２２側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層２３ｃは、前記非磁性材料層２４側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであってもよい。
【０１３１】
かかる場合、磁歪増強層２２及び非磁性材料層２４は、前記第１磁性層２３ａ側の界面付近あるいは全領域において、及び前記第２磁性層２３ｃ側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【０１３２】
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。
【０１３３】
図５は図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層膜Ｔ１の構造とは異なる多層膜Ｔ２の構造を示す模式図である。図５はフリー磁性層２５を中心にその上下に非磁性材料層２４，３２が形成され、さらに前記非磁性材料層２４の下に第１磁性層２３ａ，非磁性中間層２３ｂ及び第２磁性層２３ｃの人工フェリ構造からなる固定磁性層２３が、前記非磁性材料層３２の上に、第２磁性層３４ｃ，非磁性中間層３４ｂ及び第１磁性層３４ａの人工フェリ構造からなる固定磁性層３４が形成され、さらに前記固定磁性層２３，３４の上下に磁歪増強層２２，３５が形成され、下側に形成された磁歪増強層２２の下面にはシードレイヤ２１が形成され、上側に形成された磁歪増強層３５の上面には保護層２６が形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造である。
【０１３４】
図６は、図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層膜Ｔ１の構造とは異なる多層膜Ｔ３の構造を示す模式図である。図６はシードレイヤ２１上に、フリー磁性層２５、非磁性材料層２４、固定磁性層２３（下から第２磁性層２３ｃ、非磁性中間層２３ｂ、及び第１磁性層２３ａの積層順で形成された人工フェリ構造）、磁歪増強層２２、及び保護層２６の順に積層された多層膜Ｔ３の構造である。図６に示す多層膜Ｔ３は、図１の多層膜Ｔ１とは逆積層であり、すなわちフリー磁性層２５が固定磁性層２３よりも下側にある積層タイプである。
【０１３５】
図５及び図６の磁気検出素子はいずれもＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型であるから前記多層膜Ｔ２，Ｔ３の上下には、電極を兼ね備えたシールド層２０，３０が形成される（図１を参照）。
なお図５、図６では、磁歪増強層及び非磁性材料層の部分を斜線で示してある。
【０１３６】
図５及び図６の多層膜Ｔ２，Ｔ３の構造でも、固定磁性層２３（３４）を構成する第２磁性層２３ｃ（３４ｃ）と接する非磁性材料層２４（３２）は、Ｃｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成され、一方、前記固定磁性層２３（３４）を構成する第１磁性層２３ａ（３４ａ）の、前記非磁性材料層２４（３２）側と反対側の面には磁歪増強層２２（３５）が前記第１磁性層２３ａ（３４ａ）に接して形成され、前記固定磁性層２３（３４）の上下面が前記磁歪増強層２２（３５）と、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性材料層２４（３２）とによって挟まれた形態となっている。
【０１３７】
これによって前記固定磁性層２３（３４）の磁歪を上下方向から大きくすることが可能になり、磁気弾性効果がより適切に発揮されて前記固定磁性層２３（３４）全体を、より強固に磁化固定することが出来る。これにより、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層２３（３４）の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層２３の反転を起きにくくすることも出来、磁気ヘッドの性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【０１３８】
なお磁歪増強層や非磁性材料層の材質、及び固定磁性層の材質、さらには結晶配向性等は図１で説明した通りであるのでそちらを参照されたい。
【０１３９】
図７は、図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層膜Ｔ１の構造とは異なる多層膜Ｔ４の構造（第４実施形態の構造）を示す模式図である。
【０１４０】
まず図８及び図９の多層膜Ｔ５，Ｔ６の構造から説明する。図８の多層膜Ｔ５の構造、及び図９の多層膜Ｔ６の構造は、いずれも比較例である。
【０１４１】
図８の多層膜Ｔ５の構造では、下からシードレイヤ２１、第１反強磁性層５０、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、Ｃｕで形成された非磁性材料層５４、固定磁性層５５、第２反強磁性層５６、固定磁性層５７、非磁性材料層５８、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、第３反強磁性層６２、及び保護層２６の順に積層されている。４つある固定磁性層はいずれも人工フェリ構造である。
【０１４２】
図８の多層膜Ｔ５の構造では、最も下に形成された第１反強磁性層５０から多層膜Ｔ５のほぼ中間に形成された第２反強磁性層５６までの積層構造が第１のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造（Ｄｕａｌ １）となっており、前記第２反強磁性層５６から最も上に形成された第３反強磁性層６２までの積層構造が第２のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造（Ｄｕａｌ ２）となっている。
【０１４３】
つまり図８の多層膜Ｔ５は、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の２階建て構造となっている。
【０１４４】
スピン依存バルク散乱効果を利用するＣＰＰ型磁気検出素子においては、図８に示した多層膜Ｔ５の構造であってもＧＭＲ効果を得られるが、しかし図８の構造では、非常に膜厚が厚く比抵抗が高い反強磁性層５０が３層も存在することから、発熱源となる前記反強磁性層５０からのジュール熱によって格子振動やエレクトロマイグレーションが生じ、これによってＧＭＲ効果や再生出力を適切に向上させることができない。
【０１４５】
一方、図９に示す多層膜Ｔ６の構造は、図８に示す反強磁性層５０，５６，６２の部分を磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えた構造となっている。前記磁歪増強層６３，６４，６５は例えばＰｔＭｎ合金等である。図９に示す多層膜Ｔ６の構造では、固定磁性層５１，５５，５７，６１を構成する磁性層のうち、Ｃｕで形成された非磁性材料層５２，５４，５８，６０から最も離れた第１磁性層５１ａ，５５ａ，５７ａ，６１ａに磁歪増強層６３，６４，６５を接して設け、逆磁歪効果を利用して前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくし、自らの一軸異方性により前記固定磁性層２３の磁化を固定するものである。
【０１４６】
図８の多層膜Ｔ５の構造に比べて図９の多層膜Ｔ６の構造のように、反強磁性層５０，５６，６２を用いず膜厚の薄い磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えることで、ＧＭＲ効果や再生出力の向上を図ることが出来る。
【０１４７】
しかし図９の構造でも、特に多層膜Ｔ６のほぼ中間に位置する磁歪増強層６４は、その磁歪増強層６４の上下のデュアルスピンバルブ構造（Ｄｕａｌ １とＤｕａｌ ２）を磁気的に分断するためにある程度、厚い膜厚で形成されなければならない。
【０１４８】
また前記磁歪増強層６３，６４，６５に、ＰｔＭｎ合金等の比抵抗の比較的高い材質を選択した場合には、前記磁歪増強層６３，６４，６５が、やはり発熱源となってしまう。このとき、前記多層膜Ｔ６のほぼ中心にある磁歪増強層６４は、上下の電極からかなり離れた位置にあるため放熱効果が低く、前記磁歪増強層６４からのジュール熱により格子振動やエレクトロマイグレーションの発生によるＧＭＲ効果及び再生出力の低下の問題を適切に解消できない。また図９の構造では、固定磁性層５１，５５，５７，６１を構成する磁性層のうち第１磁性層５１ａ，５５ａ，５７ａ，６１ａの磁歪定数λｓしか適切に大きくならない。すなわちＣｕで形成された非磁性材料層５２，５４，５８，６０に接する第２磁性層５１ｃ，５５ｃ，５７ｃ，６１ｃの磁歪定数λｓを適切に増強することは出来ない。よってＣＰＰ型磁気検出素子であることを利用して、固定磁性層５１，５５，５７，６１の磁歪定数λｓをもっと大きく出来る構造が望まれる。
【０１４９】
そこで図７のような形態を提供する。図７の実施形態の多層膜Ｔ４では、多層膜Ｔ４の中央には９層からなる固定磁性層を設け、その上下に非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、磁歪増強層を設けた構成である。
【０１５０】
図７に示すように、シードレイヤ２１上には磁歪増強層６３、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、非磁性材料層５４の順に積層される。
【０１５１】
図９では、前記非磁性材料層５４の上に、磁歪増強層６４を介して磁気的に分断された２つの固定磁性層５５，５７が形成されるが、図７では、前記非磁性材料層５４の上に、多層構造の固定磁性層６６を１つだけ設ける。
【０１５２】
前記固定磁性層６６は、３つの磁性層６６ａ１，６６ａ２，６６ａ３と各磁性層間に介在した磁歪増強層６６ｄとの五層構造で第１磁性層６６ａが構成される。前記磁歪増強層６６ｄは非常に薄い膜厚で、各磁性層間を磁気的に分断せず前記磁性層間に強磁性結合が作用する。この結果、各磁性層６６ａ１，６６ａ２，６６ａ３はすべて同じ方向に磁化される。
【０１５３】
前記第１磁性層６６ａの上下にはＲｕ等の非磁性中間層６６ｂ，６６ｂを介して第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２が形成される。図７の実施形態では、全部で９層の積層構造による固定磁性層６６が形成される。
【０１５４】
固定磁性層６６の下に設けられた非磁性材料層５４、及び固定磁性層５１の上に設けられた非磁性材料層５２は、いずれもＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成される。
【０１５５】
図７に示す、前記固定磁性層６６の上の膜構成は、非磁性材料層５８、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、磁歪増強層６５及び保護層２６の順に積層されている。
【０１５６】
前記非磁性材料層５８及び６０も、いずれもＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成される。
【０１５７】
図９では多層膜Ｔ６のほぼ中間に、磁気的に分断された２つの固定磁性層５５，５７が存在していたが、図７では、前記固定磁性層５５，５７を多層膜Ｔ４のほぼ中間で１つの固定磁性層６６として構成したものである。図７のように前記固定磁性層６６を構成する第１磁性層６６ａを、３つの磁性層に分断し、その間に非常に薄い膜厚の磁歪増強層６６ｄを介在させることで、前記第１磁性層６６ａの磁歪定数を大きく出来るとともに、図９の場合のように、磁気的分断のため比較的厚い膜厚で形成された磁歪増強層６４の形成が必要ない。
【０１５８】
また図７の構成では、前記非磁性材料層５２，５４，５８，６０をＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成したことで、前記第２磁性層５１ｃ，６６ｃ１，６６ｃ２，６１ｃの磁歪定数を適切に大きく出来る。
【０１５９】
よって図７の構成では図９に比べて、さらに発熱源となる層を無くし、ジュール熱の発生による格子振動やエレクトロマイグレーションによるＧＭＲ効果の低下を抑制できると共に、前記固定磁性層６６をより適切に磁化固定でき、ＧＭＲ効果及び再生出力の向上と安定化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】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２】図１に示された磁気検出素子の平面図、
【図３】磁歪増強層と固定磁性層を構成する第１磁性層、及び非磁性材料層と固定磁性層を構成する第２磁性層が整合しつつ、歪みが生じている状態を示す模式図、
【図４】図１の部分模式図、
【図５】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部分模式図、
【図６】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部分模式図、
【図７】本発明の第４実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図８】図７に対する比較例の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図９】図７に対する比較例の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図１０】従来のＣＰＰ型磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【符号の説明】
【０１６１】
２０ 下部シールド層
２１ シードレイヤ
２２、３５、６３、６５、６６ｄ 磁歪増強層
２３、３４、６６ 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、３２、５２、５４、５８、６０ 非磁性材料層
２５、５３、５９ フリー磁性層
２６ 保護層
３０ 上部シールド層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の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ＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子では成し得なかった構造で、より強固に固定できる磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜を有して成る磁気検出素子には、前記多層膜に対する電流方向の違いにより、ＣＩＰ（current in the plane）型と、ＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の２種類が存在する。
【０００３】
ＣＩＰ型磁気検出素子では、前記多層膜に対して膜面と平行な方向に電流が流され、一方、ＣＰＰ型磁気検出素子では、前記多層膜の各層の膜面に対し垂直方向に電流がながされる。
【０００４】
ＣＰＰ型磁気検出素子は、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べて素子サイズの狭小化によって再生出力を大きく出来るといった利点があると考えられ、現在、主流のＣＩＰ型磁気検出素子に代わってＣＰＰ型磁気検出素子が今後の更なる高記録密度化に対応できる構造と期待されている。
【０００５】
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、磁気検出素子の単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の向上がある。
【０００６】
下記の特許文献１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を固定する方式を示す公知文献で、この文献については後でその問題点等を説明する。
【特許文献１】特開平８−７２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のＣＰＰ型磁気検出素子には以下のような問題点があった。
図１０は従来のＣＰＰ型磁気検出素子の構造を模式化したもので、具体的には、フリー磁性層１の上下に非磁性材料層２，２を介して固定磁性層３，３、及び反強磁性層４，４が設けられた多層膜を有し、その多層膜の上下に電極５，６が設けられている。
【０００８】
図１０に示す構造では、前記固定磁性層３，３は２層の磁性層３ａ、３ｃの間に非磁性中間層３ｂが介在した３層の積層構造である。前記磁性層３ａ，３ｃの磁化は互いに反平行であり、このような積層構造を人工フェリ構造と呼んでいる。
【０００９】
例えば、フリー磁性層１はＮｉＦｅ系合金で、非磁性材料層２はＣｕで、固定磁性層３を構成する磁性層３ａ，３ｃはＣｏＦｅ系合金で、非磁性中間層３ｂはＲｕで、反強磁性層４はＰｔＭｎ合金で形成される。
【００１０】
図１０の構造では、反強磁性層４，４の比抵抗が高く、具体的には２００μΩ・ｃｍ２程度（あるいはそれ以上）の比抵抗を持つため、電極５，６間に電流を流したときに、前記反強磁性層４，４が発熱源となり、ジュール熱を生じる。そのジュール熱の発生に伴い、隣接する固定磁性層３、非磁性材料層２、フリー磁性層１における伝導電子の格子振動によるフォノン散乱やエレクトロマイグレーションが激しくなる。
【００１１】
ところでＣＰＰ型磁気検出素子の単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）は、スピン依存バルク散乱効果と密接な関係があると考えられている。抵抗変化（ΔＲ）に寄与する層は、図１０の構造では、フリー磁性層１と固定磁性層３のうち非磁性材料層２と接する磁性層３ｃであるから、特に磁性層３ｃのスピン依存バルク散乱係数（β値）を正の値にして、アップスピンの伝導電子を前記磁性層３ｃ内で流れやすくし、一方、ダウンスピンの伝導電子を前記磁性層３ｃ内で散乱されやくし、前記アップスピンの伝導電子のスピン拡散長と、ダウンスピンの伝導電子のスピン拡散長との差を大きくすることにより、前記単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大を図ることが必要である。
【００１２】
しかし、上記した伝導電子の格子振動によるフォノン散乱やエレクトロマイグレーションは、伝導電子のスピンに依存しない散乱を生じさせることになり、その結果、ＣＰＰ型磁気検出素子において前記単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を適切に向上させることが出来ないことがわかった。
【００１３】
また、図１０に示す構造では、膜厚の厚い反強磁性層４，４の存在により電極５，６間のギャップ長が広くなり、記録媒体との高記録密度化（線記録密度の向上）に適切に対応できない構造となっていた。
【００１４】
このため、ＣＰＰ型磁気検出素子において、ＧＭＲ効果の向上を適切に図るには、前記反強磁性層４，４を多層膜の層構造から無くせばよいが、かかる場合、前記反強磁性層４が無くても前記固定磁性層の磁化を適切に固定できる構造が必要になる。
【００１５】
そこで上記した特許文献１を参照すると、この公知文献には、反強磁性層を無くし、固定磁性層の磁化を固定磁性層自体の一軸異方性で固定する方式について開示されている。
【００１６】
しかし特許文献１に示された磁気検出素子は、ＣＩＰ型の磁気検出素子でありＣＰＰ型磁気検出素子での最適な前記固定磁性層の固定磁化方式について言及がないこと、またこの公知文献１では、タンタルからなるバッファ層６２を下地として、その上にピン止め強磁性層７０（固定磁性層）を積層しているが、タンタルはアモルファスになりやすいため比抵抗が高く、特許文献１の構造をＣＰＰ型磁気検出素子に置き換えた場合に、前記バッファ層６２が、従来の反強磁性層と同様の発熱源になり伝導電子のスピンに依存しない散乱が生じることによりＧＭＲ効果を適切に向上させることができないと予測されること、及び、この特許文献１では、タンタルからなるバッファ層６２を用いると、どのような原理によって前記ピン止め強磁性層７０の磁化を強固に固定できるのか、明確な開示がないこと等により、特許文献１の構造を即座にＣＰＰ型磁気検出素子の構造として採用することは出来ない。
【００１７】
また、ＣＩＰ型磁気検出素子の場合、ＣＰＰ型磁気検出素子と違って、ＧＭＲ効果は、スピン依存界面散乱と密接な関係があると考えられ、このため、ＣＩＰ型磁気検出素子では、非磁性材料層と固定磁性層との界面構造を、現行から変更することは、ＣＩＰ型磁気検出素子において抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を低下させる可能性が高く、よってＣＩＰ型磁気検出素子の場合、非磁性材料層と固定磁性層３との界面構造を現行から改良することはできなかった。
【００１８】
上記したように、非磁性材料層２にはＣｕを用い、固定磁性層３を構成する磁性層３ｃにはＣｏＦｅ系合金等を用いている。このＣｕ／ＣｏＦｅの界面でのスピン依存界面散乱効果は、非常に良好であるため、ＣＩＰ型磁気検出素子では、非磁性材料層２をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成するとか、Ｃｕ／ＣｏＦｅの界面構造を崩す改良をすることは出来なかった。
【００１９】
しかし、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合、上記のようにＧＭＲ効果にはスピン依存界面散乱よりもスピン依存バルク散乱が重要であると考えられるため、図１０に示す非磁性材料層２と固定磁性層３（磁性層３ｃ）との界面構造を、ＣＩＰ型磁気検出素子の場合と異なって、前記固定磁性層３の磁化をより強固に固定するために、改良できる余地があるものと考えられた。
【００２０】
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、ＣＰＰ型磁気検出素子において、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ＣＩＰ型磁気検出素子では成し得なかった構造で強固に固定できる磁気検出素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とが積層されている多層膜を有し、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、
前記固定磁性層は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであり、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面には、非磁性金属製の磁歪増強層が前記第１磁性層に接して設けられ、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層に最も近い位置に形成された第２磁性層は、前記非磁性材料層と接して設けられ、
前記非磁性材料層は、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成され、
前記固定磁性層は、その上下面が前記磁歪増強層と前記非磁性材料層とに挟まれており、
前記磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び前記非磁性材料層内と前記第２磁性層内との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることを特徴とするものである。
【００２２】
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ＣＰＰ型磁気検出素子である。
【００２３】
従って、膜厚の厚い反強磁性層を有するＣＰＰ型磁気検出素子に比べて、比抵抗の大きい反強磁性層を無くすことで、発熱によって生じる、伝導電子のスピンに依存しない散乱を抑制でき、ＣＰＰ型磁気検出素子において単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を向上させることが出来る。この結果、通電信頼性も向上させることが出来る。また、ＣＰＰ型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。
【００２４】
強磁性体膜の磁気異方性磁界を決める要素には、結晶磁気異方性、誘導磁気異方性、及び磁気弾性効果がある。本発明では、このうち固定磁性層の磁化を固定する一軸異方性を決める磁気弾性効果に着目してなされたものである。
【００２５】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層にかかる応力と固定磁性層の磁歪定数λｓによって規定される。
【００２６】
本発明では、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されているので、応力の対称性がくずれて、前記固定磁性層には、素子高さ方向（ハイト方向；前記対向面に対する法線方向）に引張り応力が働く。本発明では、固定磁性層の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００２７】
本発明では、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人工フェリ構造である。
【００２８】
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成された第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面に、非磁性金属製の磁歪増強層を前記第１磁性層に接して設ける。前記第１磁性層と前記磁歪増強層とは、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で接合され、これによって、前記第１の磁性層の結晶構造に歪みを生じさせて前記第１の磁性層の磁歪定数λｓを大きくさせている。これにより前記第１磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来る。
【００２９】
本発明では、前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層に最も近い位置に形成されている第２磁性層は、前記非磁性材料層と接して設けられ、しかも前記非磁性材料層は、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成されている。
【００３０】
前記第２磁性層と前記非磁性材料層とは、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で接合され、これによって、前記第２磁性層の結晶構造に歪みを生じさせて前記第２磁性層の磁歪定数λｓを大きくさせている。これにより前記第２磁性層の磁歪定数λｓを大きく出来る。
【００３１】
このように本発明では、前記固定磁性層はその上下面が磁歪増強層とＣｕよりも格子定数が大きい非磁性材料層とによって挟まれ、前記固定磁性層の磁歪定数を上下から大きく出来る構造となっている。
【００３２】
本発明では、フリー磁性層、非磁性材料層、及び固定磁性層が積層された多層膜に対して垂直に電流を流すＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型磁気検出素子である。このＣＰＰ型磁気検出素子では、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の向上を図るには、強磁性層内部でのスピン依存バルク散乱が重要な役割を演じるため、前記非磁性材料層を従来、Ｃｕで形成していたものを、Ｃｕと異なる材質で形成してもΔＲ・Ａの低下は小さい。
【００３３】
一方、前記多層膜に対し各層と平行に電流を流すＣＩＰ（current in the plane）型磁気検出素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に、スピン依存界面散乱が重要な役割を演じるため、前記非磁性材料層を現行のＣｕと異なる材質で形成すると、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が著しく低下してしまう。
【００３４】
従って本発明のように、ＣＰＰ型磁気検出素子の構造であれば、ΔＲ・Ａを低下させることなく前記固定磁性層の上下面を非磁性金属製の磁歪増強層と、Ｃｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層とで挟み込み、これによって前記固定磁性層の磁歪定数を上下方向から大きくすることが可能になり、磁気弾性効果がより適切に発揮されて前記固定磁性層を、より強固に磁化固定することが出来る。これにより、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層の反転を起きにくくすることも出来、磁気ヘッドの性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【００３５】
また本発明では、前記非磁性材料層は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成されることが好ましい。これらは原子半径がＣｕより小さいが侵入型で固溶するためＣｕ−Ｘの格子定数を大きくする作用がある。
上記のＣｕ−Ｘ合金で形成された非磁性材料層はＣｕよりも格子定数が大きい。
【００３６】
また、前記非磁性材料層と前記第２磁性層との界面のスピン依存界面散乱係数（γ値）は正の値であることが好ましい。前記スピン依存界面散乱係数（γ値）を正の値にするには、前記元素Ｘには、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈのうち１種または２種以上の材質が選択されることが好ましい。
【００３７】
また本発明では、前記非磁性材料層に占めるＣｕの組成比は５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であり、残りの組成比が元素Ｘの組成比であることが好ましい。このように非磁性材料層をＣｕを主成分として形成することにより、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を大きくすることが出来る。
【００３８】
また本発明では、前記非磁性材料層は、スパッタ成膜されたものであることが好ましい。例えば元素ＸとしてＡｇ等を選択したとき、Ａｇ等は平衡状態ではＣｕへの溶解度が低くいためＣｕとＡｇ等とは適切に混ざらず、すなわち固溶体を形成しにくい。かかる場合、前記非磁性材料層は、全体的にＣｕよりも大きい格子定数を有せず、前記第２磁性層の格子定数を適切に大きくするための磁歪増強層として機能しない。
【００３９】
しかし、元素ＸとしてＡｇ等を選択した場合でも、前記非磁性材料層を、成膜エネルギーが高いスパッタ成膜で形成することで、前記Ａｇ等とＣｕは、均一に混ざり合い、非平衡状態の過飽和固溶体が形成されやすく、この結果、前記非磁性材料層全体の格子定数をＣｕよりも大きい格子定数で形成することが可能になる。
【００４０】
本発明では、前記第２磁性層は、正のスピン依存バルク散乱係数（β値）を有することが好ましい。
【００４１】
前記スピン依存バルク散乱係数（β値）は、磁性材料の材質で決定される。本発明では、前記スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値になる磁性材料を前記第２磁性層に選択する。
【００４２】
具体的には、前記第２磁性層の少なくとも一部は、組成式がＣｏ２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成されるか、あるいはＣｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）からなる磁性材料で形成されることが好ましい。
【００４３】
スピン依存バルク散乱係数（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。ここでβは−１よりも大きく１よりも小さい範囲内の値である。
【００４４】
上記したように本発明では、β値が正の値となる磁性材料が第２磁性層の材質として選択される。このため、上記の式においてβ値が正の値であると、ρ↓＞ρ↑となる。
【００４５】
すなわちβ値が正の値であると、ダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値（ρ↓）は大きくなり、前記ダウンスピンの伝導電子は前記第２磁性層内を流れにく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スピン拡散長は短くなり、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、前記アップスピンの伝導電子は前記第２磁性層内を流れやすくなり、前記アップスピンの伝導電子のスピン拡散長は延び、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スピン拡散長差を大きく出来る。前記β値が大きい磁性材料を第２磁性層として使用すれば、前記スピン拡散長差をより大きくでき、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）をより適切に向上させることができる。
【００４６】
また上記したように、前記非磁性材料層と前記第２磁性層との界面のスピン依存界面散乱係数（γ値）が正の値であると、前記界面ではアップスピンの伝導電子が流れやすくなり、一方、ダウンスピンの伝導電子は流れ難くなるため、より単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大を図ることが出来る。
【００４７】
前記スピン依存界面散乱係数（γ値）は、非磁性材料層としてＣｕを選択した従来に比べて本発明のように前記非磁性材料層をＣｕ−Ｘ合金で形成すると、スピン依存界面散乱係数（γ値）は低下すると予測されるが、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大には、スピン依存バルク散乱効果が最も重要であると考えられるので、多少、スピン依存界面散乱効果が低下しても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）はさほど低下しない。
【００４８】
ところで本発明は、ＣＰＰ型磁気検出素子であるが、非磁性材料層をＣｕと異なる材質で形成すれば、多少、ＧＭＲ効果は低下する。しかし、ＣＩＰ型磁気検出素子のように、急激に抵抗変化率に代表されるＧＭＲ効果が低下することはない。特に図１０に示すＣＰＰ型磁気検出素子のように反強磁性層を有する磁気検出素子に比べて、本発明のように反強磁性層を無くしたことによるＧＭＲ効果の増大（ΔＲ／Ｒの増大）は大きく、非磁性材料層をＣｕ−Ｘ合金で形成しても図１０に示すＣＰＰ型磁気検出素子に比べて十分に大きいＧＭＲ効果を得られる。
【００４９】
本発明では、反強磁性層を無くすことでＧＭＲ効果の増大を図るが、固定磁性層の磁化を適切に固定するには、固定磁性層を構成する第１磁性層を磁歪増強層と接合させて、前記第１磁性層の磁歪定数を大きくするだけでは不十分である。なぜなら第２磁性層の磁歪定数はさほど大きくならないからである。このため第２磁性層の磁歪定数を適切に大きくすべく、本発明の対象がＣＰＰ型磁気検出素子でありＧＭＲ効果にスピン依存界面散乱効果がＣＩＰ型よりさほど重要でない点を鑑みて、非磁性材料層をＣｕよりも格子定数の大きい非磁性金属材料で形成することとし、ＧＭＲ効果を良好に維持しながら固定磁性層の磁化をより強固に固定するのである。
【００５０】
なお本発明では、前記磁歪増強層は、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）合金で形成されることが好ましい。
【００５１】
また本発明では、磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、及び前記非磁性材料層は、前記第２磁性層側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【００５２】
また本発明では、前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【００５３】
上記のように、本発明における前記磁歪増強層及び非磁性材料層は、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形態を一形態として提供することが出来る。
【００５４】
従って、前記第１磁性層及び／または第２磁性層が、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ものであると、前記第１の磁性層及び／または第２磁性層を構成する原子と前記磁歪増強層及び／または非磁性材料層を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。
【００５５】
また本発明では、前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向している形態であってもよい。
【００５６】
前記第１磁性層及び／または第２磁性層が、ｂｃｃ構造をとり前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであっても、前記第１磁性層及び／または第２磁性層を構成する原子と前記磁歪増強層及び／または非磁性材料層を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明では、ＣＰＰ型磁気検出素子において、人工フェリ構造の固定磁性層の上下を非磁性金属製の磁歪増強層と、Ｃｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層で挟む。
【００５８】
本発明では、ＣＰＰ型磁気検出素子であるため、前記固定磁性層とフリー磁性層との間に位置する非磁性材料層をＣｕと異なる材質で形成しても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の低下は小さい。
【００５９】
従って本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の構造であれば、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を低下させることなく前記固定磁性層の上下面を非磁性金属製の磁歪増強層とＣｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層とで挟み込み、これによって前記固定磁性層の磁歪定数を上下方向から大きくすることが可能になり、磁気弾性効果がより適切に発揮されて前記固定磁性層を、より強固に磁化固定することが出来る。これにより、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層の反転を起きにくくすることも出来、磁気ヘッドの性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
図１は、本発明の第１の実施の形態の磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た断面図、図４は図１に示す磁気検出素子の部分模式図である。
【００６１】
図１、図４に示される磁気検出素子では、磁性材料製の下部シールド層２０上に多層膜Ｔ１が形成されている。
【００６２】
図１、図４に示す実施形態では、多層膜Ｔ１は、下からシードレイヤ２１、磁歪増強層２２、固定磁性層２３、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。
【００６３】
前記シードレイヤ２１は、ＮｉＦｅ合金、ＮｉＦｅＣｒ合金あるいはＣｒ、Ｔａなどで形成されている。シードレイヤ２１は、例えば（Ｎｉ0.8Ｆｅ0.2）60at%Ｃｒ40at%の膜厚３５Å〜６０Åで形成される。
【００６４】
シードレイヤ２１があると、非磁性金属製の磁歪増強層２２の{１１１}配向が良好になる。
磁歪増強層２２については、後述する。
【００６５】
固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃがＲｕ等の非磁性中間層２３ｂを介して積層された人工フェリ構造を有している。固定磁性層２３は、固定磁性層２３自体の一軸異方性によって磁化が、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
前記第２磁性層２３ｃの上に形成された非磁性材料層２４については後述する。
【００６６】
フリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図１に示す実施形態では特にフリー磁性層２５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、フリー磁性層２５と非磁性材料層２４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜１００Åである。また、フリー磁性層２５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造であってもよい。
【００６７】
保護層２６はＴａやＲｕなどからなり、多層膜Ｔ１の酸化の進行を抑える。保護層２６の膜厚は１０Å〜５０Åである。
【００６８】
図１に示す実施形態では、シードレイヤ２１から保護層２６までの多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層２５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。
【００６９】
前記絶縁層２７と前記ハードバイアス層２８間にバイアス下地層（図示しない）が形成されていてもよい。前記バイアス下地層は例えばＣｒ、Ｗ、Ｗ−Ｔｉ合金，Ｆｅ−Ｃｒ合金などで形成される。
【００７０】
前記絶縁層２７，２９はＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料で形成されたものであり、前記多層膜Ｔ１内を各層の界面と垂直方向に流れる電流が、前記多層膜Ｔ１のトラック幅方向の両側に分流するのを抑制すべく前記ハードバイアス層２８の上下を絶縁するものである。
【００７１】
なお前記ハードバイアス層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。
【００７２】
絶縁層２９及び保護層２６上には、磁性材料からなる上部シールド層３０が形成される。図１，図４に示す磁気検出素子の構造はＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型であり、下部シールド層２０及び上部シールド層３０が電極として機能し、前記多層膜Ｔ１を構成する各層の界面に対し垂直方向に電流を流す電流源となっている。
【００７３】
フリー磁性層２５の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層２５の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層２３の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。
【００７４】
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。
【００７５】
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（第１の磁性層）２３ａと第２磁性層２３ｃがＲｕ等で形成された非磁性中間層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。
【００７６】
第１磁性層２３ａは、固定磁性層２３を構成する磁性層のうちで最も前記非磁性材料層２４から離れた位置に形成されており、前記第１磁性層２３ａの前記非磁性材料層２４側と反対側の面には非磁性金属製の磁歪増強層２２が前記第１磁性層２３ａに接して設けられている。
【００７７】
また第２磁性層２３ｃは、固定磁性層２３を構成する磁性層のうちで、前記非磁性材料層２４に最も近い位置に形成されており、前記第２磁性層２３ｃは前記非磁性材料層２４と接して形成されている。
【００７８】
前記非磁性材料層２４はＣｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成されている。
【００７９】
本発明では、図１、図４に示すように、前記固定磁性層２３の上下面は、前記磁歪増強層２２と非磁性材料層２４とで挟まれた形態となっている（図４では、磁歪増強層２２と非磁性材料層２４の双方の層を斜線で示してある）。
【００８０】
図１に示す第１の実施形態では、固定磁性層２３の磁化を固定する一軸異方性を決める磁気弾性効果を主に利用している。
【００８１】
磁気弾性効果は、磁気弾性エネルギーに支配される。磁気弾性エネルギーは、固定磁性層２３にかかる応力σと固定磁性層２３の磁歪定数λｓによって規定される。
【００８２】
図２は、図１に示された磁気検出素子を図示上側（図示Ｚ方向と反対方向）からみた平面図である。磁気検出素子の多層膜Ｔ１は一対の絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び絶縁層２９，２９の間に形成されている。なお、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８は、絶縁層２９，２９の下に設けられているので、図２には図示されていない。多層膜Ｔ１と、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８及び絶縁層２９，２９の周囲は、斜線で示される絶縁層３１によって埋められている。
【００８３】
また、多層膜Ｔ１、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層２９，２９の記録媒体との対向面側の端面Ｆは露出しているか、またはダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などからなる膜厚２０Å〜５０Å程度の薄い保護層で覆われているだけであり、開放端となっている。
【００８４】
従って、もともと２次元的に等方的であった下部シールド層２０及び上部シールド層３０からの応力が端面Ｆで開放された結果、対称性がくずれて、多層膜Ｔ１には、ハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に、引っ張り応力が加えられている。また、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層２９，２９の積層膜が圧縮性の内部応力を有している場合には、絶縁層などが面内方向に延びようとするため、多層膜Ｔ１には、トラック幅方向（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。
【００８５】
すなわち、記録媒体との対向面側の端面Ｆが開放されている固定磁性層２３には、ハイト方向（図示Ｙ方向）の引張り応力とトラック幅方向（図示Ｘ方向）の圧縮応力が加えられる。そして、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃは、磁歪定数λｓが正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となり、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と平行方向または反平行方向に固定される。第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間には、ＲＫＫＹ相互作用が働き、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃの磁化は互いに反平行状態で固定される。
【００８６】
本発明の実施形態では、固定磁性層２３の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層２３の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層２３の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層２３の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。
【００８７】
具体的には、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａを磁歪増強層２２と接合させ、及び第２磁性層２３ｃをＣｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層２４と接合させることによって、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの結晶構造に歪みを生じさせて第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを大きくさせている。
【００８８】
なお前記非磁性材料層２４は、当然に第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有しており、磁歪増強層として機能するものである。
【００８９】
本発明では図１、図４に示すように、前記固定磁性層２３の上下面を磁歪増強層２２及びＣｕよりも格子定数の大きい非磁性材料層２４で挟んだ形態にすることで、前記固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの双方の磁歪定数λｓを適切に大きくすることができ、前記固定磁性層２３全体を強固に磁化固定することが可能になる。
【００９０】
従来、非磁性材料層２４を構成していたＣｕは、第２磁性層２３ｃを構成するＣｏやＣｏＦｅ系合金等と非常に格子定数が近いため、非磁性材料層２４をＣｕで形成した場合は、前記第２磁性層２３ｃへの磁歪増強効果がほとんど無く、前記第２磁性層２３ｃの磁歪を、磁歪増強層２２と接して形成された第１磁性層２３ａと同様に高めることが不可能であった。
【００９１】
しかし、本発明では、前記非磁性材料層２４をＣｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成することで、前記非磁性材料層２４と第２磁性層２３ｃとの格子定数の差を大きくし、これによって前記第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果が適切に発揮されて、前記第２磁性層２３ｃの磁歪を、磁歪増強層２２と接して形成された第１磁性層２３ａと同様に高めることが可能になったのである。
【００９２】
本発明では、前記非磁性材料層２４をＣｕと異なる非磁性金属材料で形成するが、このような形態が可能なのは本発明における磁気検出素子がＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型だからである。
【００９３】
ＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子では、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）に代表されるＧＭＲ効果と、第２磁性層２３ｃ／非磁性材料層２４／フリー磁性層２５の各界面でのスピン依存界面散乱とが密接にかかわっているため、前記スピン依存界面散乱効果が大きくなるように、第２磁性層２３ｃ／非磁性材料層２４／フリー磁性層２５の各層の材質を決定する。例えば第２磁性層２３ｃにはＣｏＦｅ合金を、非磁性材料層２４にはＣｕを、フリー磁性層２５にはＣｏＦｅ合金とＮｉＦｅ合金の積層体（ＣｏＦｅ合金層は非磁性材料層２４側）を選択する。このＣｏＦｅ合金／Ｃｕの界面におけるスピン依存界面散乱効果は非常に大きいため、前記非磁性材料層２４をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成してしまうと、スピン依存界面散乱効果が急激に落ち、ＧＭＲ効果が非常に劣化するといった問題がある。
【００９４】
このためＣＩＰ型磁気検出素子の場合、非磁性材料層２４をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成することはＧＭＲ効果との関係から好ましくない。
【００９５】
一方、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合でも、スピン依存界面散乱効果は、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に代表されるＧＭＲ効果を向上させる一つのファクターではあるが、それ以上にスピン依存バルク散乱効果が重要な役割を演じる。
【００９６】
スピン依存バルク散乱効果は強磁性層内部での現象であり、伝導電子がスピンを変えずに進む距離、すなわちスピン拡散長(Spin Diffusion Length)と密接に関連している。
【００９７】
本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の場合、図１に示すように第２磁性層２３ｃと接する非磁性材料層２４を、Ｃｕ以外の材質の非磁性着金属材料で形成しても、前記スピン依存界面散乱効果は低下するものの、スピン依存バルク散乱効果は適切に発揮されるので、ＣＩＰ型磁気検出素子に比べてＧＭＲ効果の急激な低下はない。
【００９８】
よって図１のように非磁性材料層２４をＣｕ以外の非磁性金属材料で形成する構造は実用上、ＣＰＰ型磁気検出素子に限って実施可能である。
【００９９】
前記磁歪増強層２２、非磁性材料層２４及び、第１磁性層２３ａ、第２磁性層２３ｃは、すべて面心立方格子（ｆｃｃ）構造をとり、界面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが結晶性を良好にできて好ましいが、かかる場合、磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）、及び非磁性材料層２４の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）を０．０５以上で０．２０以下にすることが好ましい。
【０１００】
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、磁歪増強層２２を構成する原子と第１磁性層２３ａの原子、及び非磁性材料層２４を構成する原子と第２磁性層２３ｃの原子が互いに重なり合いつつも、界面付近で結晶構造に歪みが生じている状態になる。
【０１０１】
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は磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。また符号Ｎ３は第２磁性層２３ｃの{１１１}面内の最近接原子間距離を示しており、符号Ｎ４は非磁性材料層２４の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及びＮ４は、磁歪増強層２２と第１磁性層２３ａの界面、及び非磁性材料層２４と第２磁性層２３ｃ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。
【０１０２】
図３のように磁歪増強層２２内と前記第１磁性層２３ａ内との少なくとも一部の結晶及び、非磁性材料層２４内と前記第２磁性層２３ｃ内との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルな状態で結晶成長し、その結果、前記第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの結晶構造に歪みが生じ、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを大きくすることができる。
【０１０３】
なお、本発明では、第１磁性層２３ａと磁歪増強層２２の界面付近で、第１磁性層２３ａを構成する原子と、磁歪増強層２２を構成する原子の大部分が、及び、第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４の界面付近で、第２磁性層２３ｃを構成する原子と、非磁性材料層２４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、磁歪増強層２２を構成する原子、及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と、非磁性材料層２４を構成する原子が、重なり合わない領域があってもよい。また多結晶体を構成するうちの、一部の少数の結晶粒は非エピタキシャルな非整合状態であっても良い。
【０１０４】
次に、前記非磁性材料層２４の材質について以下に説明する。
まず前記非磁性材料層２４は、Ｃｕよりも大きい格子定数を有していなければならないが、当然に第２磁性層２３ｃの格子定数よりも大きい格子定数を有していないと、前記第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果が得られない。
【０１０５】
そこで、前記非磁性材料層２４には、Ｃｕ、及び第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料を選択する。
【０１０６】
前記第２磁性層２３ｃは、後述するようにＣｏ系合金、Ｎｉ系合金やホイスラー合金で形成される。このような磁性材料からなる第２磁性層２３ｃよりも大きい格子定数を有し、且つＣｕよりも大きい格子定数を得るには、前記非磁性材料層２４は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成されることが好ましい。
上記したＣｕ−Ｘ合金は、第２磁性層２３ｃ及びＣｕよりも大きい格子定数を有する。
【０１０７】
ところで図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子では、ＧＭＲ効果にスピン依存バルク散乱が非常に重要な役割を演じている。本発明ではＧＭＲ効果に寄与する第２磁性層２３ｃのスピン依存バルク散乱係数（β値）は正の値であることが好ましい。
【０１０８】
スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値となる磁性材料には、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）を選択できる。
上記した磁性材料は、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａに使用してもよい。
【０１０９】
本発明では、より好ましくは前記第２磁性層２３ｃは、組成式がＣｏ２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成されることである。
【０１１０】
前記ホイスラー合金は、スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値であり、しかもホイスラー合金のスピン依存バルク散乱係数（β値）は比較的大きい値（具体的には０．７以上）を有する。ここでスピン依存バルク散乱係数（β値）には、ρ↓／ρ↑＝（１＋β）／（１−β）なる関係式が成り立っており、ρ↓は伝導電子のうちダウンスピンの伝導電子に対する比抵抗値であり、ρ↑は、伝導電子のうちアップスピンの伝導電子に対する比抵抗値である。
【０１１１】
前記スピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値であると、ρ↓／ρ↑は１よりも大きくなる。すなわちρ↓＞ρ↑なる関係を満たすから、強磁性層内を前記ダウンスピンの伝導電子は流れ難くあるいはシャットアウトされて前記ダウンスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長は短くなり（絶縁的な挙動を示す）、一方、アップスピンの伝導電子は流れやすくなり前記アップスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長は延び（金属的な挙動を示す）、前記アップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子の平均自由行程及びスピン拡散長の差は大きくなる。このような作用はスピン偏極性と呼ばれ、β値が高いホイスラー合金は、このスピン偏極性が強く働き、前記平均自由行程及びスピン拡散長の差をよりいっそう大きくすることが可能に成る。
【０１１２】
単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）は、アップスピン及びダウンスピンの伝導電子の各スピン拡散長の差に対して正の相関を示すため、前記スピン依存バルク散乱係数（β値）を大きくしたことによりアップスピンの伝導電子とダウンスピンの伝導電子のスピン拡散長の差の拡大によって単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）を増大でき、高記録密度化に適切に対応可能な磁気検出素子を製造することが出来る。
【０１１３】
また、前記第２磁性層２３ｃにスピン依存バルク散乱係数（β値）が正の値となる磁性材料を選択した場合、第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４との界面でのスピン依存散乱係数（スピン依存界面散乱係数（γ値））は正の値であることが好ましい。
【０１１４】
よって、前記非磁性材料層２４には、第２磁性層２３ｃ及びＣｕよりも格子定数が大きく、しかも第２磁性層２３ｃとの界面でのスピン依存界面散乱係数（γ値）が正の値となる非磁性金属材料を選択することが好ましい。
【０１１５】
具体的には前記非磁性材料層２４は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，あるいはＲｈのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成されることが好ましい。これにより前記非磁性材料層２４と第２磁性層２３ｃとのスピン依存界面散乱係数（γ値）を正の値にすることが出来る。
【０１１６】
また、前記非磁性材料層２４に占めるＣｕの組成比は、５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であり、残りの組成比が元素Ｘの組成比であることが好ましい。
【０１１７】
本発明では、非磁性材料層２４は、Ｃｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成されることが第一義的に重要であるため、前記非磁性材料層２４を、Ｃｕを全く含まない非磁性金属材料で形成してもかまわない。
【０１１８】
しかし、上記したスピン依存界面散乱係数（γ値）が、非磁性材料層２４にＣｕを選択したときほどではないが、Ｃｕで形成した非磁性材料層２４に比べて、さほどスピン依存界面散乱係数（γ値）の低下が大きくなく、しかもＣｕよりも大きい格子定数を有するべく、前記非磁性材料層２４は、Ｃｕを主体としたＣｕ−Ｘ合金であることが好ましく、かかる場合、Ｃｕの組成比は５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であることが好ましい。これにより、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の大きいＣＰＰ型磁気検出素子を得ることが出来る。
【０１１９】
また、前記非磁性材料層２４はスパッタ成膜されたものであることが好ましい。例えば、非磁性材料層２４を構成するＣｕ−Ｘ合金の元素ＸとしてＡｇ等を選択したとき、Ａｇ等は平衡状態ではＣｕへの溶解度が低く、ＣｕとＡｇ等とは適切に混ざらず、すなわち固溶体を形成しにくい。かかる場合、前記非磁性材料層２４は、全体的にＣｕよりも大きい格子定数を有せず、前記第２磁性層２３ｃの格子定数を適切に大きくすることが出来ない。
【０１２０】
しかし、元素ＸとしてＡｇ等を選択した場合でも、前記非磁性材料層２４を、成膜エネルギーが高いスパッタ成膜で形成することで、前記Ａｇ等とＣｕは、均一に混ざり合い、非平衡状態の過飽和固溶体が形成されやすく、この結果、前記非磁性材料層２４全体の格子定数をＣｕよりも大きい格子定数で形成することが可能になる。
【０１２１】
次に非磁性材料層２４の膜厚について説明する。従来、前記非磁性材料層２４をＣｕで形成していた場合、前記非磁性材料層２４の膜厚を３０Å〜４０Å程度で形成していたが、前記非磁性材料層２４をＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成した結果、前記非磁性材料層２４の比抵抗が増大した場合は、前記非磁性材料層２４の膜厚を、従来に比べて薄く形成することが好ましい。これにより単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）の増大を図ることが出来るし、またシールド層２０，３０間の狭小化を図ることも出来る。逆に前記非磁性材料層２４の比抵抗が従来よりも低下する場合は、従来の非磁性材料層２４の膜厚と同程度かあるいは若干厚めに形成することが好ましい。なお前記非磁性材料層２４には、第２磁性層２３ｃとフリー磁性層２５間の磁気的な結合を防止する役割もあるので、ある程度の膜厚を確保することが必要である。本発明での前記非磁性材料層２４の膜厚は２０Å〜４０Åの範囲内であることが好ましい。
【０１２２】
次に磁歪増強層２２の材質について説明する。前記磁歪増強層２２として必要な条件は、第１磁性層２３ａよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料である点である。上記した非磁性材料層２４は単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に直接関与する層であるため、上記したように様々な条件が課せられ、材質の選択の余地は狭い。しかし、前記磁歪増強層２２は単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に直接、寄与しない層なので、例えば前記磁歪増強層２２と第１磁性層２３ａとの界面でのスピン依存界面散乱係数（γ値）が負の値になっても、単位面積当たりの抵抗変化（ΔＲ・Ａ）に直接的な影響は少ない。このため前記磁歪増強層２２として選択できる材質の選択の余地は前記非磁性材料層２４の場合に比べて広い。
【０１２３】
例えば前記磁歪増強層２２には、前記非磁性材料層２４と同様に、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金や、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈ等の単体元素、あるいはスピン依存界面散乱係数（γ値）が負の値になるＲｕ，Ｒｅ，Ｍｏ，Ｗなどを単体元素として、あるいはＣｕとの合金を構成する一元素として選択してもよい。
【０１２４】
また前記磁歪増強層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）合金で形成されていてもよい。Ｘ−Ｍｎ合金は比抵抗が高いので非磁性材料層２４の材質には不向きである。
磁歪増強層２２の膜厚は、５Å以上５０Å以下程度である。
【０１２５】
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）からなる磁歪増強層２２の膜厚がこの範囲内であると、磁歪増強層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、磁歪増強層２２の膜厚が、５０Åより大きくなると、２５０℃以上の熱が加わったときに、磁歪増強層２２の結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するので好ましくない。ただし、磁歪増強層２２の膜厚が、５０Åより大きくても、２５０℃以上の熱が加わらなければ、磁歪増強層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。
【０１２６】
また磁歪増強層２２が前記Ｘ―Ｍｎ合金から成るとき、前記Ｘ−Ｍｎ合金中の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。Ｘ元素の含有量がこの範囲内であると、前記第１磁性層２３ａの磁歪が大きな値をとりつつ安定化する。
【０１２７】
また磁歪増強層２２及び非磁性材料層２４は、前記第１磁性層２３ａ側の界面付近あるいは全領域において、及び前記第２磁性層２３ｃ側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【０１２８】
一方、前記第１磁性層２３ａは、前記磁歪増強層２２側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層２３ｃは、前記非磁性材料層２４側の界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【０１２９】
上記のような結晶配向を有することで、第１磁性層２３ａを構成する原子と磁歪増強層２２を構成する原子、及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と非磁性材料層２４を構成する原子が互いに重なりあいやすくなり、磁歪増強層２２内及び非磁性材料層２４内の結晶と固定磁性層２３内の結晶はエピタキシャルな状態で成長しやすい。
【０１３０】
また本発明では、前記第１磁性層２２ａは、前記磁歪増強層２２側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層２３ｃは、前記非磁性材料層２４側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものであってもよい。
【０１３１】
かかる場合、磁歪増強層２２及び非磁性材料層２４は、前記第１磁性層２３ａ側の界面付近あるいは全領域において、及び前記第２磁性層２３ｃ側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。
【０１３２】
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。
【０１３３】
図５は図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層膜Ｔ１の構造とは異なる多層膜Ｔ２の構造を示す模式図である。図５はフリー磁性層２５を中心にその上下に非磁性材料層２４，３２が形成され、さらに前記非磁性材料層２４の下に第１磁性層２３ａ，非磁性中間層２３ｂ及び第２磁性層２３ｃの人工フェリ構造からなる固定磁性層２３が、前記非磁性材料層３２の上に、第２磁性層３４ｃ，非磁性中間層３４ｂ及び第１磁性層３４ａの人工フェリ構造からなる固定磁性層３４が形成され、さらに前記固定磁性層２３，３４の上下に磁歪増強層２２，３５が形成され、下側に形成された磁歪増強層２２の下面にはシードレイヤ２１が形成され、上側に形成された磁歪増強層３５の上面には保護層２６が形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造である。
【０１３４】
図６は、図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層膜Ｔ１の構造とは異なる多層膜Ｔ３の構造を示す模式図である。図６はシードレイヤ２１上に、フリー磁性層２５、非磁性材料層２４、固定磁性層２３（下から第２磁性層２３ｃ、非磁性中間層２３ｂ、及び第１磁性層２３ａの積層順で形成された人工フェリ構造）、磁歪増強層２２、及び保護層２６の順に積層された多層膜Ｔ３の構造である。図６に示す多層膜Ｔ３は、図１の多層膜Ｔ１とは逆積層であり、すなわちフリー磁性層２５が固定磁性層２３よりも下側にある積層タイプである。
【０１３５】
図５及び図６の磁気検出素子はいずれもＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型であるから前記多層膜Ｔ２，Ｔ３の上下には、電極を兼ね備えたシールド層２０，３０が形成される（図１を参照）。
なお図５、図６では、磁歪増強層及び非磁性材料層の部分を斜線で示してある。
【０１３６】
図５及び図６の多層膜Ｔ２，Ｔ３の構造でも、固定磁性層２３（３４）を構成する第２磁性層２３ｃ（３４ｃ）と接する非磁性材料層２４（３２）は、Ｃｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成され、一方、前記固定磁性層２３（３４）を構成する第１磁性層２３ａ（３４ａ）の、前記非磁性材料層２４（３２）側と反対側の面には磁歪増強層２２（３５）が前記第１磁性層２３ａ（３４ａ）に接して形成され、前記固定磁性層２３（３４）の上下面が前記磁歪増強層２２（３５）と、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性材料層２４（３２）とによって挟まれた形態となっている。
【０１３７】
これによって前記固定磁性層２３（３４）の磁歪を上下方向から大きくすることが可能になり、磁気弾性効果がより適切に発揮されて前記固定磁性層２３（３４）全体を、より強固に磁化固定することが出来る。これにより、ハードバイアス層からの縦バイアス磁界による固定磁性層２３（３４）の磁化の乱れに起因した再生波形の歪みや非対称性の軽減や、ＥＳＤ等による固定磁性層２３の反転を起きにくくすることも出来、磁気ヘッドの性能及び信頼性を向上させることが出来る。
【０１３８】
なお磁歪増強層や非磁性材料層の材質、及び固定磁性層の材質、さらには結晶配向性等は図１で説明した通りであるのでそちらを参照されたい。
【０１３９】
図７は、図１に示すＣＰＰ型磁気検出素子の多層膜Ｔ１の構造とは異なる多層膜Ｔ４の構造（第４実施形態の構造）を示す模式図である。
【０１４０】
まず図８及び図９の多層膜Ｔ５，Ｔ６の構造から説明する。図８の多層膜Ｔ５の構造、及び図９の多層膜Ｔ６の構造は、いずれも比較例である。
【０１４１】
図８の多層膜Ｔ５の構造では、下からシードレイヤ２１、第１反強磁性層５０、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、Ｃｕで形成された非磁性材料層５４、固定磁性層５５、第２反強磁性層５６、固定磁性層５７、非磁性材料層５８、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、第３反強磁性層６２、及び保護層２６の順に積層されている。４つある固定磁性層はいずれも人工フェリ構造である。
【０１４２】
図８の多層膜Ｔ５の構造では、最も下に形成された第１反強磁性層５０から多層膜Ｔ５のほぼ中間に形成された第２反強磁性層５６までの積層構造が第１のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造（Ｄｕａｌ １）となっており、前記第２反強磁性層５６から最も上に形成された第３反強磁性層６２までの積層構造が第２のデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造（Ｄｕａｌ ２）となっている。
【０１４３】
つまり図８の多層膜Ｔ５は、デュアルスピンバルブ型薄膜素子の２階建て構造となっている。
【０１４４】
スピン依存バルク散乱効果を利用するＣＰＰ型磁気検出素子においては、図８に示した多層膜Ｔ５の構造であってもＧＭＲ効果を得られるが、しかし図８の構造では、非常に膜厚が厚く比抵抗が高い反強磁性層５０が３層も存在することから、発熱源となる前記反強磁性層５０からのジュール熱によって格子振動やエレクトロマイグレーションが生じ、これによってＧＭＲ効果や再生出力を適切に向上させることができない。
【０１４５】
一方、図９に示す多層膜Ｔ６の構造は、図８に示す反強磁性層５０，５６，６２の部分を磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えた構造となっている。前記磁歪増強層６３，６４，６５は例えばＰｔＭｎ合金等である。図９に示す多層膜Ｔ６の構造では、固定磁性層５１，５５，５７，６１を構成する磁性層のうち、Ｃｕで形成された非磁性材料層５２，５４，５８，６０から最も離れた第１磁性層５１ａ，５５ａ，５７ａ，６１ａに磁歪増強層６３，６４，６５を接して設け、逆磁歪効果を利用して前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくし、自らの一軸異方性により前記固定磁性層２３の磁化を固定するものである。
【０１４６】
図８の多層膜Ｔ５の構造に比べて図９の多層膜Ｔ６の構造のように、反強磁性層５０，５６，６２を用いず膜厚の薄い磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えることで、ＧＭＲ効果や再生出力の向上を図ることが出来る。
【０１４７】
しかし図９の構造でも、特に多層膜Ｔ６のほぼ中間に位置する磁歪増強層６４は、その磁歪増強層６４の上下のデュアルスピンバルブ構造（Ｄｕａｌ １とＤｕａｌ ２）を磁気的に分断するためにある程度、厚い膜厚で形成されなければならない。
【０１４８】
また前記磁歪増強層６３，６４，６５に、ＰｔＭｎ合金等の比抵抗の比較的高い材質を選択した場合には、前記磁歪増強層６３，６４，６５が、やはり発熱源となってしまう。このとき、前記多層膜Ｔ６のほぼ中心にある磁歪増強層６４は、上下の電極からかなり離れた位置にあるため放熱効果が低く、前記磁歪増強層６４からのジュール熱により格子振動やエレクトロマイグレーションの発生によるＧＭＲ効果及び再生出力の低下の問題を適切に解消できない。また図９の構造では、固定磁性層５１，５５，５７，６１を構成する磁性層のうち第１磁性層５１ａ，５５ａ，５７ａ，６１ａの磁歪定数λｓしか適切に大きくならない。すなわちＣｕで形成された非磁性材料層５２，５４，５８，６０に接する第２磁性層５１ｃ，５５ｃ，５７ｃ，６１ｃの磁歪定数λｓを適切に増強することは出来ない。よってＣＰＰ型磁気検出素子であることを利用して、固定磁性層５１，５５，５７，６１の磁歪定数λｓをもっと大きく出来る構造が望まれる。
【０１４９】
そこで図７のような形態を提供する。図７の実施形態の多層膜Ｔ４では、多層膜Ｔ４の中央には９層からなる固定磁性層を設け、その上下に非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、磁歪増強層を設けた構成である。
【０１５０】
図７に示すように、シードレイヤ２１上には磁歪増強層６３、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、非磁性材料層５４の順に積層される。
【０１５１】
図９では、前記非磁性材料層５４の上に、磁歪増強層６４を介して磁気的に分断された２つの固定磁性層５５，５７が形成されるが、図７では、前記非磁性材料層５４の上に、多層構造の固定磁性層６６を１つだけ設ける。
【０１５２】
前記固定磁性層６６は、３つの磁性層６６ａ１，６６ａ２，６６ａ３と各磁性層間に介在した磁歪増強層６６ｄとの五層構造で第１磁性層６６ａが構成される。前記磁歪増強層６６ｄは非常に薄い膜厚で、各磁性層間を磁気的に分断せず前記磁性層間に強磁性結合が作用する。この結果、各磁性層６６ａ１，６６ａ２，６６ａ３はすべて同じ方向に磁化される。
【０１５３】
前記第１磁性層６６ａの上下にはＲｕ等の非磁性中間層６６ｂ，６６ｂを介して第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２が形成される。図７の実施形態では、全部で９層の積層構造による固定磁性層６６が形成される。
【０１５４】
固定磁性層６６の下に設けられた非磁性材料層５４、及び固定磁性層５１の上に設けられた非磁性材料層５２は、いずれもＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成される。
【０１５５】
図７に示す、前記固定磁性層６６の上の膜構成は、非磁性材料層５８、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、磁歪増強層６５及び保護層２６の順に積層されている。
【０１５６】
前記非磁性材料層５８及び６０も、いずれもＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成される。
【０１５７】
図９では多層膜Ｔ６のほぼ中間に、磁気的に分断された２つの固定磁性層５５，５７が存在していたが、図７では、前記固定磁性層５５，５７を多層膜Ｔ４のほぼ中間で１つの固定磁性層６６として構成したものである。図７のように前記固定磁性層６６を構成する第１磁性層６６ａを、３つの磁性層に分断し、その間に非常に薄い膜厚の磁歪増強層６６ｄを介在させることで、前記第１磁性層６６ａの磁歪定数を大きく出来るとともに、図９の場合のように、磁気的分断のため比較的厚い膜厚で形成された磁歪増強層６４の形成が必要ない。
【０１５８】
また図７の構成では、前記非磁性材料層５２，５４，５８，６０をＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料で形成したことで、前記第２磁性層５１ｃ，６６ｃ１，６６ｃ２，６１ｃの磁歪定数を適切に大きく出来る。
【０１５９】
よって図７の構成では図９に比べて、さらに発熱源となる層を無くし、ジュール熱の発生による格子振動やエレクトロマイグレーションによるＧＭＲ効果の低下を抑制できると共に、前記固定磁性層６６をより適切に磁化固定でき、ＧＭＲ効果及び再生出力の向上と安定化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】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２】図１に示された磁気検出素子の平面図、
【図３】磁歪増強層と固定磁性層を構成する第１磁性層、及び非磁性材料層と固定磁性層を構成する第２磁性層が整合しつつ、歪みが生じている状態を示す模式図、
【図４】図１の部分模式図、
【図５】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部分模式図、
【図６】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部分模式図、
【図７】本発明の第４実施形態の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図８】図７に対する比較例の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図９】図７に対する比較例の磁気検出素子の構造を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【図１０】従来のＣＰＰ型磁気検出素子を記録媒体との対向面側から見た部分模式図、
【符号の説明】
【０１６１】
２０ 下部シールド層
２１ シードレイヤ
２２、３５、６３、６５、６６ｄ 磁歪増強層
２３、３４、６６ 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、３２、５２、５４、５８、６０ 非磁性材料層
２５、５３、５９ フリー磁性層
２６ 保護層
３０ 上部シールド層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とが積層されている多層膜を有し、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、
前記固定磁性層は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであり、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面には、非磁性金属製の磁歪増強層が前記第１磁性層に接して設けられ、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層に最も近い位置に形成された第２磁性層は、前記非磁性材料層と接して設けられ、
前記非磁性材料層は、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成され、
前記固定磁性層は、その上下面が前記磁歪増強層と前記非磁性材料層とに挟まれており、
前記磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び前記非磁性材料層内と前記第２磁性層内との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記非磁性材料層は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成される請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記非磁性材料層と前記第２磁性層との界面のスピン依存界面散乱係数（γ値）は正の値である請求項２記載の磁気検出素子。
【請求項４】
元素Ｘには、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈのうち１種または２種以上の材質が選択される請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記非磁性材料層に占めるＣｕの組成比は５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であり、残りの組成比が元素Ｘの組成比である請求項２ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記非磁性材料層は、スパッタ成膜されたものである請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記第２磁性層は、正のスピン依存バルク散乱係数（β値）を有する請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記第２磁性層の少なくとも一部は、組成式がＣｏ２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成される請求項７記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記第２磁性層の少なくとも一部は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）からなる磁性材料で形成される請求項７記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記磁歪増強層は、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）合金で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。
【請求項１１】
前記磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、及び前記非磁性材料層は、前記第２磁性層側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１３】
前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１】
固定磁性層と、非磁性材料層と、フリー磁性層とが積層されている多層膜を有し、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、
前記固定磁性層は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層されたものであり、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成されている第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面には、非磁性金属製の磁歪増強層が前記第１磁性層に接して設けられ、
前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層に最も近い位置に形成された第２磁性層は、前記非磁性材料層と接して設けられ、
前記非磁性材料層は、Ｃｕよりも格子定数が大きい非磁性金属材料で形成され、
前記固定磁性層は、その上下面が前記磁歪増強層と前記非磁性材料層とに挟まれており、
前記磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び前記非磁性材料層内と前記第２磁性層内との少なくとも一部の結晶はエピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態であり、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記非磁性材料層は、Ｃｕ−Ｘ（ただし、元素Ｘは、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ａｌ，Ｓｉ、Ｐのうち１種または２種以上の材質が選択される元素）合金で形成される請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記非磁性材料層と前記第２磁性層との界面のスピン依存界面散乱係数（γ値）は正の値である請求項２記載の磁気検出素子。
【請求項４】
元素Ｘには、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈのうち１種または２種以上の材質が選択される請求項３記載の磁気検出素子。
【請求項５】
前記非磁性材料層に占めるＣｕの組成比は５０ａｔ％以上で９９ａｔ％以下であり、残りの組成比が元素Ｘの組成比である請求項２ないし４のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記非磁性材料層は、スパッタ成膜されたものである請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記第２磁性層は、正のスピン依存バルク散乱係数（β値）を有する請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記第２磁性層の少なくとも一部は、組成式がＣｏ２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成される請求項７記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記第２磁性層の少なくとも一部は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，Ｃｏ−Ｚ，ＣｏＦｅ−Ｚ（ただしＺは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｓｃ，Ｖ，Ｍｎ，Ｙ，Ｎｂから選択される１種または２種以上の元素）、あるいはＮｉ−Ｑ（ただしＱは、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｂｅ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｓｎから選択される１種または２種以上の元素）からなる磁性材料で形成される請求項７記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記磁歪増強層は、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）合金で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。
【請求項１１】
前記磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、及び前記非磁性材料層は、前記第２磁性層側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１２】
前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１３】
前記第１磁性層は、前記磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記非磁性材料層側の界面付近あるいは全領域において体心立方格子（ｂｃｃ）構造をとり、前記界面と平行な方向に、{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気検出素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−５２７７（Ｐ２００６−５２７７Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８２２８６（Ｐ２００４−１８２２８６）
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２１日（２００４．６．２１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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