JP2006005282A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【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】 固定磁性層２３の上下を非磁性金属製の磁歪増強層２２，４０で挟む。本発明のようにＣＰＰ型磁気検出素子の構造であれば、ＧＭＲ効果を低下させることなく前記固定磁性層２３の上下面を非磁性金属製の第１磁歪増強層２２と第２磁歪増強層４０とで挟み込み、これによって前記固定磁性層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、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を、より強固に磁化固定することが出来る。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。下記に示す特許文献１では、ピン層Ｐやフリー層Ｆを磁性層ＦＦと非磁性層ＦＮとの積層構造とすることにより、磁性層ＦＦ／非磁性層ＦＮの界面における電子散乱の効果、すなわち界面抵抗が大きなスピン依存性を持ち、ＣＰＰ−ＭＲを増大させることができるとしている（公開公報の明細書の［００４８］欄等）。

また特許文献１の図１０には、ピン層Ｐとフリー層Ｆ間に挟まれた非磁性中間層Ｓを、第１の非磁性層ＳＮ１と第２の非磁性層ＳＮ２との積層構造で形成する構造も開示されている。

また下記の特許文献２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。
特開２００２−９２８２６号公報 特開平８−７２３５号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたＣＰＰ型磁気検出素子の構造も含めて、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。

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。

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

ところでＣＰＰ型磁気検出素子における抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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。抵抗変化率に寄与する層は、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、前記抵抗変化率の増大を図ることが必要である。

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、抵抗変化率に代表されるＧＭＲ効果を適切に向上させることが出来ないことがわかった。

また、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（具体的には線記録密度の向上）に適切に対応できない構造となっていた。

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。

そこで上記した特許文献２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。

しかし特許文献２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２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２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２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２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。

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、抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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、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。通常、非磁性材料層にはＣｕを用い、固定磁性層にはＣｏＦｅ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、このＣｕ層とＣｏＦｅ層との間に例えば異なる層を挿入するとか、そういったＣｕ／ＣｏＦｅの界面構造を崩す改良をすることは出来なかった。

しかし、ＣＰＰ型磁気検出素子の場合、上記のように抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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。

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。

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、非磁性金属製の第１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ている第２磁性層と前記非磁性材料層との間には、非磁性金属製の第２磁歪増強層が前記第２磁性層に接して設けられ、
前記固定磁性層は、その上下面が前記第１磁歪増強層と第２非磁性増強層に挟まれており、
前記第１磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び前記第２磁歪増強層内と前記第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。

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。

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、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。

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

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

本発明では、前記固定磁性層の記録媒体との対向面側の端面が開放されているので、応力の対称性がくずれて、前記固定磁性層には、素子高さ方向（ハイト方向；前記対向面に対する法線方向）に引張り応力が働く。本発明では、固定磁性層の磁歪定数λｓを大きくすることによって磁気弾性エネルギーを大きくし、これによって、固定磁性層の一軸異方性を大きくするものである。固定磁性層の一軸異方性が大きくなると、固定磁性層の磁化は一定の方向に強固に固定され、磁気検出素子の出力が大きくなりかつ出力の安定性や対称性も向上する。

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

前記複数の磁性層のうち前記非磁性材料層から最も離れた位置に形成された第１磁性層の、前記非磁性材料層側と反対側の面に、非磁性金属製の第１磁歪増強層を前記第１磁性層に接して設ける。前記第１磁性層と前記第１磁歪増強層とは、エピタキシャルまたはヘテロエピタキシャルな状態で接合され、これによって、前記第１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。

本発明では、さらに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磁性層と前記非磁性材料層との間には、非磁性金属製の第２磁歪増強層が前記第２磁性層に接して設けられている。

前記第２磁性層と前記第２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。

このように本発明では、前記固定磁性層はその上下面が第１磁歪増強層と第２磁歪増強層によって挟まれた構造となっている。

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、ＧＭＲ効果の向上を図るには、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、固定磁性層と非磁性材料層との間に、前記非磁性材料層と異なる材質の非磁性金属層（第２磁歪増強層）を挿入してもＧＭＲ効果の低下は小さい。

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、ＧＭＲ効果にスピン依存界面散乱が重要な役割を演じるため、前記固定磁性層と非磁性材料層との間に本発明の非磁性金属製の第２磁歪増強層を挿入すると、ＧＭＲ効果が著しく低下してしまう。

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、ＧＭＲ効果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第１磁歪増強層と第２磁歪増強層とで挟み込み、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。

また本発明では、前記第２磁歪増強層の格子定数は、前記非磁性材料層の格子定数よりも大きいことが好ましい。これにより前記第２磁性層の結晶を、前記第２磁歪増強層との界面での整合歪みにより適度に歪ませることができ、前記第２磁性層の磁歪定数を効果的に増大させることが出来る。

また本発明では、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。

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。

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Ｃｏ_２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成されるか、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。

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。

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。

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、ＧＭＲ効果をより適切に向上させることができる。

また、前記第２磁性層が、正のスピン依存バルク散乱係数（β値）を有しているとき、前記第２磁歪増強層と前記第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）が負の値になると、前記界面ではダウンスピンの伝導電子が流れやすくなり、一方、アップスピンの伝導電子が流れ難くなり、折角、第２磁性層内において、アップスピンの伝導電子のスピン拡散長が延び、一方、ダウンスピンの伝導電子のスピン拡散長が短くなるスピン依存バルク散乱効果を打ち消すことになり、前記スピン拡散長が小さくなり、より効果的にＧＭＲ効果を向上出来なくなる。このため本発明では、前記第２磁歪増強層と前記第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。

本発明では、前記第２磁歪増強層は、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。

また本発明では、前記第１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。

また本発明では、
前記第１磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向していることが好ましい。

また前記第１磁歪増強層は、Ｒｕ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素を有して形成されていてもよい。

また本発明では、前記第２磁歪増強層は、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。

また本発明では、前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記第２磁歪増強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。

上記のように、本発明における前記第１磁歪増強層及び／又は第２磁歪増強層は、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。

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を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。

また本発明では、前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記第２磁歪増強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。

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を構成する原子が互いに重なりあいやすくなる。

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で挟む。

本発明では、ＣＰＰ型磁気検出素子であるため、固定磁性層と非磁性材料層との間に、前記非磁性材料層と異なる材質の非磁性金属層（第２磁歪増強層）を挿入してもＧＭＲ効果の低下は小さい。

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、ＧＭＲ効果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第１磁歪増強層と第２磁歪増強層とで挟み込み、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。

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。

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

図１、図４に示す実施形態では、多層膜Ｔ１は、下からシードレイヤ２１、第１磁歪増強層２２、固定磁性層２３、第２磁歪増強層４０、非磁性材料層２４、フリー磁性層２５及び保護層２６の順に積層されたものである。

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

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

第１磁歪増強層２２については、後述する。
固定磁性層２３は、第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃが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。

前記固定磁性層２３の上に非磁性金属製の第２磁歪増強層４０が形成されている。前記第２磁歪増強層４０については後述する。

非磁性材料層２４は、固定磁性層２３とフリー磁性層２５との磁気的な結合を防止する層であり、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇなど導電性を有する非磁性材料により形成されることが好ましい。特にＣｕによって形成されることが好ましい。非磁性材料層の膜厚は１７Å〜５０Åである。

フリー磁性層２５は、ＮｉＦｅ合金やＣｏＦｅ合金等の磁性材料で形成される。図１に示す実施形態では特にフリー磁性層２５がＮｉＦｅ合金で形成されるとき、フリー磁性層２５と非磁性材料層２４との間にＣｏやＣｏＦｅなどからなる拡散防止層（図示しない）が形成されていることが好ましい。フリー磁性層２５の膜厚は２０Å〜１００Åである。また、フリー磁性層２５は、複数の磁性層が非磁性中間層を介して積層された人工フェリ構造であってもよい。

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

図１に示す実施形態では、シードレイヤ層２１から保護層２６までの多層膜Ｔ１の両側には絶縁層２７、ハードバイアス層２８及び絶縁層２９が積層されている。ハードバイアス層２８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層２５の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

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

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

なお前記ハードバイアス層２８，２８は例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成される。

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

フリー磁性層２５の磁化は、ハードバイアス層２８，２８からの縦バイアス磁界によってトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。そして記録媒体からの信号磁界（外部磁界）に対し、フリー磁性層２５の磁化が感度良く変動する。一方、固定磁性層２３の磁化は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定されている。

フリー磁性層２５の磁化方向の変動と、固定磁性層２３の固定磁化方向（特に第２磁性層２３ｃの固定磁化方向）との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。

本実施の形態の特徴部分について述べる。
図１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。

第１磁性層２３ａは、固定磁性層２３を構成する磁性層のうちで最も前記非磁性材料層２４から離れた位置に形成されており、前記第１磁性層２３ａの前記非磁性材料層２４側と反対側の面には非磁性金属製の第１磁歪増強層２２が前記第１磁性層２３ａに接して設けられている。

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と非磁性材料層２４との間には非磁性金属製の第２磁歪増強層４０が前記第２磁性層２３ｃに接して設けられている。

このため図１、図４に示すように、前記固定磁性層２３の上下面は、前記第１磁歪増強層２２と第２磁歪増強層４０とで挟まれた形態となっている（図４では、第１磁歪増強層２２と第２磁歪増強層４０の双方の層を斜線で示してある）。

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。

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

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

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

従って、もともと２次元的に等方的であった下部シールド層２０及び上部シールド層３０からの応力が端面Ｆで開放された結果、対称性がくずれて、多層膜Ｔ１には、ハイト方向（図示Ｙ方向）に平行な方向に、引っ張り応力が加えられている。また、絶縁層２７，２７、ハードバイアス層２８，２８、及び絶縁層２９，２９の積層膜が圧縮性の内部応力を有している場合には、絶縁層などが面内方向に延びようとするため、多層膜Ｔ１には、トラック幅方向に（図示Ｘ方向）に平行な方向及び反平行な方向に圧縮応力を加えられている。

すなわち、記録媒体との対向面側の端面Ｆが開放されている固定磁性層２３には、ハイト方向（図示Ｙ方向）の引張り応力とトラック幅方向（図示Ｘ方向）の圧縮応力が加えられる。そして、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃは、磁歪定数λｓが正の値である磁性材料によって形成されているので、磁気弾性効果によって、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁化容易軸は磁気検出素子の奥側（ハイト方向；図示Ｙ方向）に平行方向となり、第１磁性層２３ａ及び第２磁性層２３ｃの磁化方向がハイト方向と平行方向または反平行方向に固定される。第１磁性層２３ａと第２磁性層２３ｃ間には、ＲＫＫＹ相互作用が働き、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。

第１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。

具体的には、固定磁性層２３を構成する第１磁性層２３ａを第１磁歪増強層２２と接合させ、及び第２磁性層２３ｃを第２磁歪増強層４０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。

本発明では図１、図４に示すように、前記固定磁性層２３の上下面を第１磁歪増強層２２及び第２磁歪増強層４０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を強固に磁化固定することが可能になる。

本発明では、前記第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４との間に第２磁歪増強層４０を設けたが、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。

ＣＩＰ（current in the plane）型の磁気検出素子では、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り、通常、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（非磁性材料層２４と接する層はＣｏＦｅ合金層）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、仮にＣｏＦｅ合金とＣｕとの間の界面に他の材質の非磁性金属層を挿入してしまうと、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。

このためＣＩＰ型磁気検出素子の場合、本発明のように第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４との間に第２磁歪増強層４０を挿入することはＧＭＲ効果との関係から好ましくない。

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磁気抵抗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。

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。

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と非磁性材料層２４との間に非磁性金属製の第２磁歪増強層４０を挿入しても、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。

よって図１のように第２磁性層２３ｃと非磁性材料層２４との間に第２磁歪増強層４０を挿入する構造は実用上、ＣＰＰ型磁気検出素子に限って実施可能である。

ところで第２磁歪増強層４０は、前記第２磁性層２３ｃよりも格子定数が大きく、及び第１磁歪増強層２２は前記第１磁性層２３ａよりも格子定数が大きいことが必要である。

前記第１磁歪増強層２２、第２磁歪増強層４０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、第１磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離と、固定磁性層２３の第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離との差を、第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離で割った値（以下ミスマッチ値と呼ぶ）、及び第２磁歪増強層４０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。

本実施の形態の磁気検出素子では、図３に模式的に示すように、第１磁歪増強層２２を構成する原子と第１磁性層２３ａの原子、及び第２磁歪増強層４０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。

図３において符号Ｎ１は第１磁性層２３ａの{１１１}面内の最近接原子間距離を示しており、符号Ｎ２は第１磁歪増強層２２の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。また符号Ｎ３は第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は第２磁歪増強層４０の{１１１}面内の最近接原子間距離を示している。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３及びＮ４は、第１磁歪増強層２２と第１磁性層２３ａの界面、及び第２磁歪増強層４０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。

図３のように第１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、第２磁歪増強層４０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。

なお、本発明では、第１磁性層２３ａと第１磁歪増強層２２の界面付近で、第１磁性層２３ａを構成する原子と、第１磁歪増強層２２を構成する原子の大部分が、及び、第２磁性層２３ｃと第２磁歪増強層４０の界面付近で、第２磁性層２３ｃを構成する原子と、第２磁歪増強層４０を構成する原子の大部分が、互いに重なり合う整合状態になっていればよい。例えば、図３に模式的に示すように、一部に、第１磁性層２３ａを構成する原子と、第１磁歪増強層２２を構成する原子、及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と、第２磁歪増強層４０を構成する原子、重なり合わない領域があってもよい。また多結晶体を構成するうちの一部の少数の結晶粒は非エピタキシャルな非整合状態であってもよい。

上記したように、前記第２磁歪増強層４０の格子定数が第２磁性層２３ｃの格子定数よりも大きいと、図３のように前記第２磁性層２３ｃに結晶歪みを生じさせ、前記第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを大きくできる磁歪増強効果を得られるが、前記第２磁歪増強層４０の格子定数は、さらに前記非磁性材料層２４の格子定数よりも大きいことが好ましい。

前記第２磁歪増強層４０の格子定数が前記非磁性材料層２４の格子定数よりも小さいと、前記第２磁性層２３ｃをより適切に大きく歪ませることができず、前記第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを効果的に大きく出来ない。よって前記第２磁歪増強層４０には、前記非磁性材料層２４よりも格子定数が大きい非磁性金属材料を選択することが必要になる。

そこで上記した格子定数（界面での横方向の最近接原子間距離）の観点から前記第２磁歪増強層４０の材質を選択する。まず前記第２磁性層２３ｃ及び非磁性材料層２４の最近接原子間距離よりも大きい最近接原子間距離を有する非磁性金属材料を選択してみる。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、非磁性材料層２４はＣｕなどで形成される。このような磁性材料からなる第２磁性層２３ｃや非磁性材料層２４を構成するＣｕよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料には、Ｈｆ，Ｙ，Ｎｂ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔから１種あるいは２種以上からなる合金を選択できる。

なお非磁性金属材料としてはアモルファスになりやすいものは好ましくない。例えばＳｉ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ等はアモルファス合金になりやすいが、これらの非磁性金属材料で前記第２磁歪増強層４０を形成すると第２磁歪増強層４０の比抵抗が大きくなり好ましくない。またアモルファスになると、第２磁性層２３ｃとの格子整合関係も得られない。また界面での原子間隔のミスマッチが２０％以上になるほどの大きい格子定数を有するものも好ましくない。

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。

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。

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Ｃｏ_２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成されることである。

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。

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差及びスピン拡散長差は大きくなる。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、前記平均自由行程差及びスピン拡散長差をよりいっそう大きくすることが可能に成る。

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スピン拡散長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抵抗変化量（ΔＲ）及び抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）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。

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と第２磁歪増強層４０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。

よって、前記第２磁歪増強層４０には、第２磁性層２３ｃ及び非磁性材料層４０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。

具体的には前記第２磁歪増強層４０には、Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ａｇ，ＩｒあるいはＲｈのうち１種または２種以上の非磁性金属材料が選択されることが好ましい。

次に第１磁歪増強層２２の材質について説明する。前記第１磁歪増強層２２として必要な条件は、第１磁性層２３ａよりも大きい格子定数を有する非磁性金属材料である点である。上記した第２磁歪増強層４０はＧＭＲ効果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、前記第１磁歪増強層２２はＧＭＲ効果に直接、寄与しない層なので、例えば前記第１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、ＧＭＲ効果に直接な影響は少ない。このため前記第１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第２磁歪増強層４０の場合に比べて広い。

例えば前記第１磁歪増強層２２には、前記第２磁歪増強層４０と同様に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てもよいし、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１種以上含有していてもよい。

また前記第１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、Ｐｔなどの金属に比べて比抵抗が高いので第２磁歪増強層４０としての材質には不向きである。
第１磁歪増強層２２の膜厚は、５Å以上５０Å以下程度である。

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）からなる第１磁歪増強層２２の膜厚がこの範囲内であると、第１磁歪増強層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。なお、第１磁歪増強層２２の膜厚が、５０Åより大きくなると、２５０℃以上の熱が加わったときに、第１磁歪増強層２２の結晶構造がＣｕＡｕＩ型の規則型の面心正方構造（ｆｃｔ）に構造変態するので好ましくない。ただし、第１磁歪増強層２２の膜厚が、５０Åより大きくても、２５０℃以上の熱が加わらなければ、第１磁歪増強層２２の結晶構造は、成膜時の状態である面心立方構造（ｆｃｃ）を維持しつづける。

また第１磁歪増強層２２が前記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。

次に第２磁歪増強層４０及び第１磁歪増強層２２の膜厚について説明すると、前記第２磁歪増強層４０の膜厚は前記第１磁歪増強層２２の膜厚よりも小さいことが好ましい。前記第２磁歪増強層４０はＧＭＲ効果に直接、関与する層であるから、ＧＭＲ効果に寄与しない第１磁歪増強層２２よりも膜厚を薄くしておくことが好ましい。

前記第２磁歪増強層４０を薄い膜厚にすると前記第２磁歪増強層４０にはピンホールが形成されやすい。本発明では前記第２磁歪増強層４０にピンホールが形成されてもかまわないが、あまり前記第２磁歪増強層４０の膜厚を薄くして多数のピンホールが出来ると、第２磁性層２３ｃに対する磁歪増強効果が適切に作用せず前記第２磁性層２３ｃの磁歪定数λｓを適切に大きく出来ない。
よって前記第２磁歪増強層４０の膜厚は３Å〜１５Åの範囲内であることが好ましい。

また第１磁歪増強層２２及び／又は第２磁歪増強層４０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／又は前記第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。

一方、前記第１磁性層２３ａは、前記第１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、前記第２磁歪増強層４０側の界面付近あるいは全領域において面心立方（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。

上記のような結晶配向を有することで、第１磁性層２３ａを構成する原子と第１磁歪増強層２２を構成する原子、及び第２磁性層２３ｃを構成する原子と第２磁歪増強層４０を構成する原子が互いに重なりあいやすくなり、第１磁歪増強層２２内及び第２磁歪増強層４０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。

また本発明では、前記第１磁性層２３ａは、前記第１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、前記第２磁歪増強層４０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。

かかる場合、第１磁歪増強層２２及び／又は第２磁歪増強層４０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（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。

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。

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２４，３２の上下に第２磁歪増強層４０，３３が形成され、さらに前記第２磁歪増強層４０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、前記第２磁歪増強層３３の上に、第２磁性層３４ｃ，非磁性中間層３４ｂ及び第１磁性層３４ａの人工フェリ構造からなる固定磁性層３４が形成され、さらに前記固定磁性層２３，３４の上下に第１磁歪増強層２２，３５が形成され、下側に形成された第１磁歪増強層２２の下面にはシードレイヤ２１が形成され、上側に形成された第１磁歪増強層３５の上面には保護層２６が形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子の構造である。

図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、第２磁歪増強層４０、非磁性材料層２４、固定磁性層２３（下から第２磁性層２３ｃ、非磁性中間層２３ｂ、及び第１磁性層２３ａの積層順で形成された人工フェリ構造）、第１磁歪増強層２２、及び保護層２６の順に積層された多層膜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。

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、磁歪増強層の部分を斜線で示してある。

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）と非磁性材料層２４（３２）との間には第２磁歪増強層４０（３３）が前記第２磁性層２３ｃ（３４ｃ）に接して形成され、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第１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２２，４０（３３，３５）によって挟まれた形態となっている。

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）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。

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

図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。

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。

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、非磁性材料層５４、固定磁性層５５、第２反強磁性層５６、固定磁性層５７、非磁性材料層５８、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、第３反強磁性層６２、及び保護層２６の順に積層されている。４つある固定磁性層はいずれも人工フェリ構造である。

図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。

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。

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。

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の部分を第１磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えた構造となっている。前記第１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、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に第１磁歪増強層６３，６４，６５を接して設け、逆磁歪効果を利用して前記固定磁性層２３の一軸異方性を大きくし、自らの一軸異方性により前記固定磁性層２３の磁化を固定するものである。

図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第１磁歪増強層６３，６４，６５に置き換えることで、ＧＭＲ効果や再生出力の向上を図ることが出来る。

しかし図９の構造でも、特に多層膜Ｔ６のほぼ中間に位置する第１磁歪増強層６４は、その第１磁歪増強層６４の上下のデュアルスピンバルブ構造（Ｄｕａｌ １とＤｕａｌ ２）を磁気的に分断するためにある程度、厚い膜厚で形成されなければならない。

また前記第１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、前記第１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のほぼ中心にある第１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、前記第１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。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。

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、その上下に第２磁歪増強層、非磁性材料層、フリー磁性層、非磁性材料層、固定磁性層、第１磁歪増強層を設けた構成である。

図７に示すように、シードレイヤ２１上には第１磁歪増強層６３、固定磁性層５１、非磁性材料層５２、フリー磁性層５３、非磁性材料層５４の順に積層される。ここまでの積層構造は図９と同じである。

図９では、前記非磁性材料層５４の上に、第１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。

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。

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。

前記固定磁性層６６の最も下側にある第２磁性層６６ｃ１と非磁性材料層５４との間には本発明における第２磁歪増強層６７が形成され、また前記固定磁性層６６の最も上側にある第２磁性層６６ｃ２と非磁性材料層５８との間にも本発明における第２磁歪増強層６８が形成されている。

図７に示す非磁性材料層５８上の膜構成は、図９と同じように、フリー磁性層５９、非磁性材料層６０、固定磁性層６１、第１磁歪増強層６５及び保護層２６の順に積層されている。

図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第１磁歪増強層６４の形成が必要ない。

また図７の構成では、前記固定磁性層６６を構成する第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２と非磁性材料層５４，５８との間に第２磁歪増強層６７，６８を介在させることで前記第２磁性層６６ｃ１，６６ｃ２の磁歪定数をも大きく出来る。

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。

なお図７の多層膜Ｔ４の構造において、固定磁性層５１の第２磁性層５１ｃと非磁性材料層５２との間、及び固定磁性層６１の第２磁性層６１ｃと非磁性材料層６０との間にも本発明における第２磁歪増強層を介在させた方が、これら固定磁性層５１，６１の磁化固定をより強固に出来るから好ましい。

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

符号の説明

２０ 下部シールド層
２１ シードレイヤ
２２、３５、６３、６５ 第１磁歪増強層
２３、３４、６６ 固定磁性層
２３ａ 第１磁性層
２３ｂ、６６ｂ 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
３３、４０、６７、６８ 第２磁歪増強層
６６ｄ 磁歪増強層

Claims (13)

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、非磁性金属製の第１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ている第２磁性層と前記非磁性材料層との間には、非磁性金属製の第２磁歪増強層が前記第２磁性層に接して設けられ、
   前記固定磁性層は、その上下面が前記第１磁歪増強層と第２非磁性増強層に挟まれており、
   前記第１磁歪増強層内と前記第１磁性層内との少なくとも一部の結晶、及び前記第２磁歪増強層内と前記第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。
2. 前記第２磁歪増強層の格子定数は、前記非磁性材料層の格子定数よりも大きい請求項１記載の磁気検出素子。
3. 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または２に記載の磁気検出素子。
4. 前記第２磁性層の少なくとも一部は、組成式がＣｏ_２ＭｎＹ（ただしＹは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｎのうちから選択された１種または２種以上の元素）からなるホイスラー合金で形成される請求項３記載の磁気検出素子。
5. 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３記載の磁気検出素子。
6. 前記第２磁歪増強層と前記第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３ないし５のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. 前記第２磁歪増強層は、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６記載の磁気検出素子。
8. 前記第１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７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記第１磁歪増強層は、前記第１磁性層側の界面付近あるいは全領域において、面心立方構造（ｆｃｃ）をとり、前記界面と平行な方向に、{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 前記第１磁歪増強層は、Ｒｕ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１種以上の元素を有して形成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の磁気検出素子。
11. 前記第２磁歪増強層は、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。
12. 前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記第２磁歪増強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。
13. 前記第１磁性層は、前記第１磁歪増強層側の界面付近あるいは全領域において、及び／または第２磁性層は、前記第２磁歪増強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。

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