JP2006351919A - 磁気検出素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 抵抗変化量と素子面積の積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる磁気検出素子を提供する。
【解決手段】 磁化方向が一方向に固定される固定磁性層１４と、固定磁性層１４に非磁性材料層１５を介して形成されたフリー磁性層１６が設けられた多層膜Ｔ１を有している。固定磁性層１４およびフリー磁性層１６の少なくとも一方は、ハーフメタル的合金層を有して形成されており、ハーフメタル的合金層と前記非磁性層１５との間にはＣｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は膜面垂直方向にセンス電流を流すＣＰＰ（current perpendicular to the plane）型の磁気検出素子に係り、特に抵抗変化量と素子面積の積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができる磁気検出素子に関する。

図１１は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。

図１１に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＣｒなどのｂｃｃ構造（体心立方構造）の金属からなるシード層２が形成されている。

シード層２の上には、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。

保護層７はＴａ、非磁性材料層５はＣｕ、フリー磁性層６及び固定磁性層４はＣｏ_２ＭｎＧｅなどのホイスラー合金、反強磁性層３はＰｔＭｎによって形成されている。

多層膜Ｔ１の上下には電極層１０，１０が設けられており、多層膜の膜面垂直方向に直流のセンス電流が流される。

反強磁性層３と固定磁性層４との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層４の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。

フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層６の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。

図１１に示される磁気検出素子に、外部磁界が印加されると、フリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。

ホイスラー合金からなるフリー磁性層を有する磁気検出素子は、特許文献１（特開２００３−２１８４２８号公報）に記載されている。
特開２００３−２１８４２８号公報

特許文献１には、フリー磁性層がＣｏＭｎＧｅ合金などのホイスラー合金からなることが記載されている。また、固定磁性層もＣｏＭｎＧｅ合金などのホイスラー合金からなることが記載されている。

ここで、磁気検出素子として優れた性能を発揮するためには、磁気抵抗変化量と素子面積との積ΔＲＡを大きくするとともに、フリー磁性層６と固定磁性層４との間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることが望ましい。

しかし、前記フリー磁性層および前記固定磁性層を、単にホイスラー合金から形成するだけでは、前記ΔＲＡを大きくするとともに、前記Ｈｉｎを小さくすることを同時に達成することができず、磁気検出素子としての望ましい磁気特性を発揮できないことがわかってきた。

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることが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、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、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、
前記固定磁性層および前記フリー磁性層の少なくとも一方は、ハーフメタル的合金層を有して形成されており、
前記ハーフメタル的合金層と前記非磁性層との間にはＣｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層（Ｘは組成比率を表し、０≦Ｘ≦１００である）が形成されていることを特徴とするものである。

この場合、前記ハーフメタル的合金層は、組成比率がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、または組成比率がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金であるものとして構成することができる。

また、前記非磁性材料層は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで選択される１種以上で形成されるものとして構成することができる。

また、前記ハーフメタル的合金層がＣｏ_２ＭｎＧｅ合金で形成され、前記非磁性材料層がＣｕで形成され、前記非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚が１８〜５０Åであり、且つ前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２０〜２７ａｔ％であるものとして構成することが好ましく、前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２１〜２６ａｔ％であるものとして構成することが更に好ましい。

また、前記ハーフメタル的合金層がＣｏ_２ＭｎＧｅ合金で形成され、前記非磁性材料層がＣｕで形成され、前記非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚が１８〜６０Åであり、且つ前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２４〜２７ａｔ％であるものとして構成することが好ましく、前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２４〜２６ａｔ％であるものとして構成すると更に好ましい。

また、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられているものとして構成することや、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられているものとして構成すること、更には前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上にも非磁性材料層及び固定磁性層が設けられているものとして構成することができる。

前記固定磁性層またはフリー磁性層の少なくとも一方はハーフメタル的合金層を有して形成されている。このハーフメタル的合金層と非磁性材料層との間に、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層（Ｘは組成比率を表し、０≦Ｘ≦１００である）が形成されている。

このように、ハーフメタル的合金層と非磁性材料層との間に、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層（Ｘは組成比率を表し、０≦Ｘ≦１００である）が形成されているため、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることができる。

図１は、本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。

図１に示す磁気検出素子Ａ１は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向はＺ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向はＹ方向である。

図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１１である。この下地層１１の上に、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層（Ｘは組成比率を表し、０≦Ｘ≦１００である）２１、非磁性材料層１５、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層（Ｘは組成比率を表し、０≦Ｘ≦１００である）２１、フリー磁性層１６、保護層１７からなる多層膜Ｔ１が積層されている。図１に示される磁気検出素子Ａ１は、フリー磁性層１６の下に反強磁性層１３が設けられているいわゆるボトムスピンバルブ型のＧＭＲ型磁気検出素子である。

シード層１２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。シード層１２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、シード層１２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{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になる。また、シード層１２をＣｒによって形成すると、シード層１２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{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になる。

なお、下地層１１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１１は形成されなくともよい。

前記シード層１２の上に形成された反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。

反強磁性層１３は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するもの、または、面心正方（ｆｃｔ）構造を有するものになる。

これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金又はＩｒＭｎ合金を使用することができる。

また本発明では、前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。

なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。

なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、ａｔ％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、ａｔ％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＸはＰｔまたはＩｒであることが好ましい。

また本発明では、反強磁性層１３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′のａｔ％を４５（ａｔ％）以上で６０（ａｔ％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（ａｔ％）以上で５６．５（ａｔ％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層１４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層１３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。

図１に示す実施形態では、前記固定磁性層１４は、下（図示Ｚ２方向側）から順に、第１磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、第２磁性層１４ｃが積層されて形成されている。図１に示すように、前記第２磁性層１４ｃは、第１強磁性材料層１４ｃ１と、強磁性を有する第２強磁性材料層１４ｃ２から形成されている。

前記反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層１４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により、前記第１磁性層１４ａと前記第２磁性層１４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層１４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層１４と反強磁性層１３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。

前記固定磁性層１４は、前記第２磁性層１４ｃに前記第２強磁性材料層１４ｃ２を有している。このように、前記固定磁性層１４を前記第２強磁性材料層１４ｃ２を有して構成すると、抵抗変化量ΔＲおよび抵抗変化率ΔＲ／Ｒの向上を図ることが可能となる。

ただし前記固定磁性層１４は磁性材料層の単層、あるいは磁性材料層の多層構造で形成されていてもよい。

なお前記第１磁性層１４ａおよび前記第１強磁性材料層１４ｃ１は例えばＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、あるいはＣｏなどの強磁性材料で形成することができる。

前記非磁性中間層１４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。

なお、固定磁性層１４を構成する前記第２強磁性材料層１４ｃ２は、以下の（１）および（２）に示す材質で形成することができる。

（１）組成比率がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金。

（２）組成比率がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金。

前記（１）および（２）に記載したホイスラー合金は強磁性且つハーフメタル的な性質を有しており、ＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子の抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくするために有効な材料である。

前記固定磁性層１４の上に形成された非磁性材料層１５は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで選択される１種以上で形成されている。

さらにフリー磁性層１６が形成されている。前記フリー磁性層１６もハーフメタル的合金層によって形成されており、前記（１）および（２）に記載したホイスラー合金で形成することができる。

なお、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６の膜厚は、結晶性、規則性を向上させるため、４０Å以上８０Å以下であることが好ましい。

図１に示す実施形態では、フリー磁性層１６の両側にハードバイアス層１８，１８が形成されている。前記ハードバイアス層１８，１８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。ハードバイアス層１８，１８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いる。

ハードバイアス層１８，１８の上下及び端部は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。

多層膜Ｔ１の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ１を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。

電極層２０，２０はα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。

図１に示す磁気検出素子Ａ１では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層１４は人工フェリ構造であるため、第１磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、前記第１強磁性材料層１４ｃ１および前記第２強磁性材料層１４ｃ２で構成される前記第２磁性層１４ｃは、図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
また、上記熱処理によってフリー磁性層１６が規則格子化する。

図１に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、こ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。

前記したように、前記第２強磁性材料層１４ｃ２およびフリー磁性層１６は、ハーフメタル的合金層であるホイスラー合金から形成されている。ホイスラー合金とはホイスラー型結晶構造を有する金属化合物の総称である。このホイスラー合金は組成によって強磁性を示し、スピン分極率が大きい金属であり、伝導電子のほとんどが、アップスピン電子またはダウンスピン電子のいずれか一方のみからなるハーフメタル的な性質を有している。

ＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気検出素子の前記固定磁性層１４および前記フリー磁性層１６がホイスラー合金を有して構成されると、外部磁界が印加される前と後における、前記固定磁性層１４および前記フリー磁性層１６内部の伝導電子のスピン拡散長又は平均自由行程の変化量が大きくなる。すなわち、多層膜の抵抗変化量を大きくすることができるため、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａとの積ΔＲＡを大きくすることができ、外部磁界の検出感度を向上することができる。

前記（１）あるいは（２）に示すホイスラー合金層で形成される前記第２強磁性材料層１４ｃ２および前記フリー磁性層１６が、前記非磁性材料層１５と接して形成されると、前記固定磁性層１４と前記フリー磁性層１６間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎが大きくなってしまい、外部磁界の検出感度が低下してしまうといった問題があった。

そこで、図１に示す磁気検出素子Ａ１では、以下に示す特徴的な構造を有することとして、前記ΔＲＡの向上と前記Ｈｉｎの低下を同時に達成することができるものとしたのである。以下に図１に示す磁気検出素子Ａ１の特徴的部分について説明する。

しかし、図１に示す前記磁気検出素子Ａ１では、前記固定磁性層１４を構成する第２強磁性材料層１４ｃ２と前記非磁性材料層１５との間に、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されている。また、ハーフメタル的合金によって形成された前記フリー磁性層１６と前記非磁性材料層１５との間にも、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されている。すなわち、図１に示す前記磁気検出素子Ａ１では、ハーフメタル的合金によって形成された層１４ｃ２、あるいは１６と、非磁性材料層１５との間に、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されているのである。

このように、ハーフメタル的合金によって形成された層１４ｃ２および１６と、前記非磁性材料層１５との間に、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１を形成すると、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることができる。

前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１の膜厚は、１〜５Åの範囲内であることが好ましい。前記膜厚が１Å以下であると、強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくする効果が小さくなるため好ましくなく、５Åより大きくなると抵抗変化量と素子面積との積ΔＲＡが小さくなってしまうため好ましくない。

例えば前記非磁性材料層１５をＣｕで形成し、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅ形成した場合に、前記第２強磁性材料層１４ｃ２および前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅ合金のＧｅ組成と、前記非磁性材料層１５の膜厚の好ましい範囲は、以下に示すものを挙げることができる。

まず第１の範囲として、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕの膜厚が１８〜５０Åであり、且つ前記第２強磁性材料層１４ｃ２あるいは前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２０〜２７ａｔ％、すなわち（ＣｏＭｎ）_{１００−ａ}Ｇｅ_ａであり、ａ＝２０〜２７である構成。

次に第２の範囲として、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕの膜厚が１８〜６０Åであり、且つ前記第２強磁性材料層１４ｃ２あるいは前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が２４〜２７ａｔ％、すなわち（ＣｏＭｎ）_{１００−ａ}Ｇｅ_ａであり、ａ＝２４〜２７である構成。

後記するように、前記各構成とすると、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４との間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることがわかった。

図２は本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子）の構造を示す部分断面図である。なお、図２に示す磁気検出素子Ａ２のうち、図１に示す磁気検出素子Ａ１と同じ構成部分には同じ符号を付して、その詳しい説明を省略する。

図２に示す磁気検出素子Ａ２は、下から下地層１１、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１、非磁性材料層１５、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１、およびフリー磁性層１６が連続して積層されている。さらにフリー磁性層１６の上には、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１、非磁性材料層１５、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１、固定磁性層１４、反強磁性層１３、および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ２が形成されている。

また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。

多層膜Ｔ２の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ２を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。

図２に示される磁気検出素子Ａ２の固定磁性層１４も、下（図示Ｚ２方向側）から順に、第１磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、第２磁性層１４ｃが積層されて形成されている。図２に示すように、前記第２磁性層１４ｃは、第１強磁性材料層１４ｃ１と、強磁性を有する第２強磁性材料層１４ｃ２から形成されている。

なお、固定磁性層１４を構成する前記第２強磁性材料層１４ｃ２は、前記した（１）および（２）に示す材質で形成することができる。

また、前記フリー磁性層１６もハーフメタル的合金で形成されており、前記（１）および（２）に記載したホイスラー合金で形成することができる。

図２に示された磁気検出素子Ａ２は、固定磁性層１４とフリー磁性層１６の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、こ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。図２に示されたデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子Ａ２はフリー磁性層１６の上下に非磁性材料層１５を介して２つの固定磁性層１４が設けられているので、理論上は抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを図１に示されたシングルスピンバルブ型の磁気検出素子Ａ１の２倍にすることができる。

図２に示す前記磁気検出素子Ａ２も、前記固定磁性層１４を構成する第２強磁性材料層１４ｃ２と前記非磁性材料層１５との間にＣｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されている。また、ハーフメタル的合金によって形成された前記フリー磁性層１６と前記非磁性材料層１５との間にも、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されている。すなわち、図２に示す前記磁気検出素子Ａ２も、ハーフメタル的合金によって形成された層１４ｃ２、あるいは１６と、非磁性材料層１５との間に、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されているのである。

このように、ハーフメタル的合金によって形成された層１４ｃ２および１６と、前記非磁性材料層１５との間に、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１を形成すると、抵抗変化量と素子面積の積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることができる。

例えば前記非磁性材料層１５をＣｕで形成し、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成した場合に、前記第２強磁性材料層１４ｃ２および前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅ合金のＧｅと、前記非磁性材料層１５の膜厚との好ましい範囲は、以下に示すものを挙げることができる。

まず第１の範囲として、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕの膜厚が１８〜５０Åであり、且つ前記第２強磁性材料層１４ｃ２あるいは前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２０〜２７ａｔ％、すなわち（Ｃｏ_２Ｍｎ）_{１００−ａ}Ｇｅ_ａであり、ａ＝２０〜２７である構成。

次に第２の範囲として、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕの膜厚が１８〜６０Åであり、且つ前記第２強磁性材料層１４ｃ２あるいは前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が２４〜２７ａｔ％、すなわち（Ｃｏ_２Ｍｎ）_{１００−ａ}Ｇｅ_ａであり、ａ＝２４〜２７である構成。

後記するように、前記各構成とすると、後記するように、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４との間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることがわかった。

なお、前記第１の範囲においては、前記Ｇｅ組成比率を２１〜２６ａｔ％の範囲内とすると、前記ΔＲＡを８（ｍΩμｍ^２）以上と大きくすることができるため、より好ましい。

また前記第２の範囲においては、前記Ｇｅ組成比率を２４〜２６ａｔ％の範囲内とすると、前記ΔＲＡを８（ｍΩμｍ^２）以上と大きくすることができるため、より好ましい。

図３は本発明における第３実施形態の磁気検出素子（トップスピンバルブ型の磁気検出素子）の構造を示す部分断面図である。なお、図３に示す磁気検出素子Ａ３のうち、図１に示す磁気検出素子Ａ１と同じ構成部分には同じ符号を付して、その詳しい説明を省略する。

図３に示す磁気検出素子Ａ３は、下から下地層１１、シード層１２、フリー磁性層１６、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１、非磁性材料層１５、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１、固定磁性層１４、反強磁性層１３および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ３が形成されている。

また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。

多層膜Ｔ３の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ３を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。

図３に示される磁気検出素子Ａ３の固定磁性層１４も、下（図示Ｚ２方向側）から順に、第１磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、第２磁性層１４ｃが積層されて形成されている。図３に示すように、前記第２磁性層１４ｃは、第１強磁性材料層１４ｃ１と、強磁性を有する第２強磁性材料層１４ｃ２から形成されている。

なお、固定磁性層１４を構成する前記第２強磁性材料層１４ｃ２は、前記した（１）および（２）に示す材質で形成することができる。

また、前記フリー磁性層１６もハーフメタル的合金で形成されており、前記（１）および（２）に記載したホイスラー合金で形成することができる。

図３に示す前記磁気検出素子Ａ３も、前記固定磁性層１４を構成する第２強磁性材料層１４ｃ２と前記非磁性材料層１５との間にＣｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されている。また、ハーフメタル的合金によって形成された前記フリー磁性層１６と前記非磁性材料層１５との間にも、Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されている。すなわち、図２に示す前記磁気検出素子Ａ３も、ハーフメタル的合金によって形成された層１４ｃ２、あるいは１６と、非磁性材料層１５との間に、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されているのである。

このように、ハーフメタル的合金によって形成された層１４ｃ２および１６と、前記非磁性材料層１５との間に、前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１を形成すると、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、フリー磁性層と固定磁性層間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることができる。

例えば前記非磁性材料層１５をＣｕで形成し、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成した場合に、前記第２強磁性材料層１４ｃ２および前記フリー磁性層１６を構成するＣｏＭｎＧｅ合金のＧｅと、前記非磁性材料層１５の膜厚との好ましい範囲は、以下に示すものを挙げることができる。

まず第１の範囲として、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕの膜厚が１８〜５０Åであり、且つ前記第２強磁性材料層１４ｃ２あるいは前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２０〜２７ａｔ％、すなわち（ＣｏＭｎ）_{１００−ａ}Ｇｅ_ａであり、ａ＝２０〜２７である構成。

次に第２の範囲として、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕの膜厚が１８〜６０Åであり、且つ前記第２強磁性材料層１４ｃ２あるいは前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が２４〜２７ａｔ％、すなわち（ＣｏＭｎ）_{１００−ａ}Ｇｅ_ａであり、ａ＝２４〜２７である構成。

後記するように、前記各構成とすると、抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａの積ΔＲＡを大きくすることができるとともに、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４との間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎを小さくすることができることがわかった。

なお、図１ないし図３に示す実施形態の磁気検出素子Ａ１ないしＡ３では、前記固定磁性層１４と前記フリー磁性層１６の双方が、ハーフメタル的合金を有して形成されたものを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記固定磁性層１４と前記フリー磁性層１６のうちの少なくとも一方が、前記ハーフメタル的合金層を有して形成されていれば良い。

また、前記フリー磁性層１６を、前記（１）または（２）に記載したハーフメタル的合金層を２層以上積層した積層フェリ構造のものとして、図１ないし図３に示す磁気検出素子Ａ１ないしＡ３を構成しても良い。また、前記フリー磁性層１６を、前記ハーフメタル的合金層と、その他の強磁性層との積層構造として構成しても良い。

また、前記固定磁性層１４を、第１磁性層ａ、非磁性中間層１４ｂおよび第２磁性層１４ｃを構成する第１強磁性材料層１４ｃ１と、ハーフメタル的合金層で形成される第２強磁性材料層１４ｃ２の多層構造とせずに、前記ハーフメタル的合金層の単層構造として構成しても良い。また、第１磁性層１４ａを前記（１）および（２）に記載したハーフメタル的合金層で形成し、前記第２磁性層１４ｃを前記第２強磁性材料層１４ｃ２の単層で形成しても良い。

また、図１ないし図３に示す磁気検出素子Ａ１ないしＡ３では、前記固定磁性層１４の磁化方向を反強磁性層１３との界面での交換結合磁界によって固定しているものを例にして説明した。しかし、前記固定磁性層１４に反強磁性層１３が重ねられず、前記固定磁性層１４自身の一軸異方性によって前記固定磁性層１４の磁化方向が固定される自己ピン止め構造の固定磁性層として、前記磁気検出素子Ａ１ないしＡ３を構成しても良い。

また図１ないし図３に示す前記磁気検出素子Ａ１ないしＡ３では、前記固定磁性層１４を構成する前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１の組成比率と、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１の組成比率とが同じとなるように構成しても良く、あるいは異なるように構成しても良い。

図４は、前記図２に示す磁気検出素子Ａ２の構造のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子について、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_７０Ｆｅ_３０層で形成するとともに、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_９０Ｆｅ_１０層で形成し、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成したときの、前記Ｃｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率、および抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａとの積ΔＲＡとの関係を示すグラフである。

図４に示すように、Ｇｅの組成比率が２０〜２７ａｔ％であると、前記ΔＲＡを７（ｍΩμｍ^２）以上にすることができることが判る。

また図４より、Ｇｅの組成比率を２１〜２６ａｔ％とすると、前記ΔＲＡを８（ｍΩμｍ^２）以上にすることができることが判る。

図５は、前記図２に示す磁気検出素子Ａ２の構造のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を製造し、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成したとき、前記Ｃｕの膜厚および、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図５に示すグラフは、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成し、このＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅ組成比率を２２ａｔ％としたときの測定値を示している。ここで、四角形を結んだ曲線は、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_７０Ｆｅ_３０層で形成するとともに、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_９０Ｆｅ_１０層で形成した実施例を示すものであり、菱形を結んだ曲線は前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されていない比較例を示すものである。

図５に示すように、前記Ｃｕの膜厚が５０Å以下では、実施例の方が比較例よりも前記Ｈｉｎの値が小さくなっており、実施例と比較例との間で前記Ｈｉｎの差が生じている。しかし、前記Ｃｕの膜厚が５０Åより大きくなると、実施例と比較例の間で前記Ｈｉｎの差が生じていない。このことから、Ｇｅ組成比率が２２ａｔ％のときに前記非磁性材料層１５をＣｕで形成した場合、前記Ｃｕ膜厚を５０Åより大きくすると、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成しても前記Ｈｉｎを小さくすることができず、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果が生じなくなることが判る。

図６は、前記図２に示す磁気検出素子Ａ２の構造のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を製造し、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成したとき、前記Ｃｕの膜厚および、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図６に示すグラフは、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成し、このＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅ組成比率を２３ａｔ％としたときの測定値を示している。ここで、四角形を結んだ曲線は、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_７０Ｆｅ_３０層で形成するとともに、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_９０Ｆｅ_１０層で形成した実施例を示すものであり、菱形を結んだ曲線は前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されていない比較例を示すものである。

図６に示すように、前記Ｃｕの膜厚が５０Å以下では、実施例の方が比較例よりも前記Ｈｉｎの値が小さくなっており、実施例と比較例との間で前記Ｈｉｎの差が生じている。しかし、前記Ｃｕの膜厚が５０Åより大きくなると、実施例と比較例の間で前記Ｈｉｎの差が生じていない。このことから、Ｇｅ組成比率が２３ａｔ％のときに前記非磁性材料層１５をＣｕで形成した場合、前記Ｃｕ膜厚を５０Åより大きくすると、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成しても前記Ｈｉｎを小さくすることができず、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果が生じなくなることが判る。

図７は、前記図２に示す磁気検出素子Ａ２の構造のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を製造し、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成したとき、前記Ｃｕの膜厚および、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図７に示すグラフは、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成し、このＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅ組成比率を２４ａｔ％としたときの測定値を示している。ここで、四角形を結んだ曲線は、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_７０Ｆｅ_３０層で形成するとともに、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_９０Ｆｅ_１０層で形成した実施例を示すものであり、菱形を結んだ曲線は前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されていない比較例を示すものである。

図７に示すように、前記Ｃｕの膜厚が６０Å以下では、実施例の方が比較例よりも前記Ｈｉｎの値が小さくなっており、実施例と比較例との間で前記Ｈｉｎの差が生じている。しかし、前記Ｃｕの膜厚が７０Åより大きくなると、実施例と比較例の間で前記Ｈｉｎの差が少なくなっている。このことから、Ｇｅ組成比率が２４ａｔ％のときに前記非磁性材料層１５をＣｕで形成した場合、前記Ｃｕ膜厚を７０Åより大きくすると、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成しても前記Ｈｉｎを効果的に小さくすることができず、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果が少なくなることが判る。

図８は、前記図２に示す磁気検出素子Ａ２の構造のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を製造し、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成したとき、前記Ｃｕの膜厚および、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図８に示すグラフは、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成し、このＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅ組成比率を２５．５ａｔ％としたときの測定値を示している。ここで、四角形を結んだ曲線は、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_７０Ｆｅ_３０層で形成するとともに、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_９０Ｆｅ_１０層で形成した実施例を示すものであり、菱形を結んだ曲線は前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１が形成されていない比較例を示すものである。

図８に示すように、前記Ｃｕの膜厚が６０Å以下では、実施例の方が比較例よりも前記Ｈｉｎの値が小さくなっており、実施例と比較例との間で前記Ｈｉｎの差が生じている。しかし、前記Ｃｕの膜厚が７０Åより大きくなると、実施例と比較例の間で前記Ｈｉｎの差が少なくなっている。このことから、Ｇｅ組成比率が２５．５ａｔ％のときに前記非磁性材料層１５をＣｕで形成した場合、前記Ｃｕ膜厚を７０Åより大きくすると、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成しても前記Ｈｉｎを効果的に小さくすることができず、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果が小さくなることが判る。

図９は、前記図２に示す磁気検出素子Ａ２の構造のデュアルスピンバルブ型の磁気検出素子を製造し、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成したとき、前記Ｃｕの膜厚および、前記フリー磁性層１６と前記固定磁性層１４間の静磁結合（トポロジカルカップリング）による強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフである。

図９に示すグラフは、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６をＣｏ_２ＭｎＧｅで形成し、このＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅ組成比率を２４ａｔ％としたときの測定値を示している。ここで、四角形を結んだ曲線は、前記第２強磁性材料層１４ｃ２と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_７０Ｆｅ_３０層で形成するとともに、前記フリー磁性層１６と接する側の前記Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層２１をＣｏ_９０Ｆｅ_１０層で形成した実施例を示すものである。

図９に示すように、前記Ｃｕ膜厚が１８Åのとき前記Ｈｉｎは５０（Ｏｅ）であり、実用上問題がない数値となっている。なお、図９に示すように、前記Ｃｕ膜厚を１８Å未満とすると、前記Ｈｉｎが５０（Ｏｅ）以上となることが予想され、実用上好ましくない。

図１０は、図５ないし図９に基づいて、前記非磁性材料層１５を構成するＣｕ膜厚と、前記第２強磁性材料層１４ｃ２、および前記フリー磁性層１６を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率の好ましい範囲を画定した結果を示すグラフである。図１０には、第１の好ましい範囲と第２の好ましい範囲の２つの好ましい範囲が示されている。

ここで、第１の好ましい範囲は図１０に右上がりの斜線で示す領域であり、第２の好ましい範囲は図１０に示す左上がりの斜線で示す領域である。なお、図１０で右上がりの斜線と左上がりの斜線が交差する領域は、前記第１の範囲と前記第２の範囲とが重なった領域である。

以下に、前記Ｃｕ膜厚とＧｅ組成比率の好ましい範囲を図１０の通りとした根拠について説明する。

まず第１の好ましい範囲として、図４より、Ｇｅの組成比率が２０〜２７ａｔ％であると、前記ΔＲＡを７（ｍΩμｍ^２）以上にすることができるため、好ましいＧｅの組成比率を２０〜２７ａｔ％とした。

一方、図５ないし図８より、いずれのＧｅ組成比率の場合でも、Ｃｕの膜厚を５０Å以下としたときには、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果を発揮することができるが、図５および図６より、Ｇｅ組成比率が２２ａｔ％のとき、および２３ａｔ％のときに、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成した場合、前記Ｃｕ膜厚を５０Åより大きくすると、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成しても前記Ｈｉｎを小さくすることができず、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果が生じなくなる。したがって、好ましいＣｕの膜厚を５０Å以下とした。

また図９より、前記Ｃｕ膜厚を１８Å未満とすると、前記Ｈｉｎが５０（Ｏｅ）以上となることが予想され、実用上好ましくないため、好ましいＣｕ膜厚の下限を１８Åとした。

なお、前記した第１の範囲のＣｕ膜厚について、図４より、Ｇｅの組成比率を２１〜２６ａｔ％とすると、前記ΔＲＡを８（ｍΩμｍ^２）以上と大きくすることができるため、より好ましいＧｅの組成比率を２１〜２６ａｔ％とした。

次に第２の好ましい範囲として、図４より、Ｇｅの組成比率が２０〜２７ａｔ％であると、前記ΔＲＡを７（ｍΩμｍ^２）以上にすることができるため、好ましいＧｅの組成比率は２０〜２７ａｔ％といえる。

一方、図５、図６および図７より、Ｇｅ組成比率が２４ａｔ％以下のときに、前記非磁性材料層１５をＣｕで形成した場合、前記Ｃｕ膜厚を６０Åより大きくすると、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成しても前記Ｈｉｎを小さくすることができず、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果が生じなくなる。しかし、図８より、Ｇｅの組成比率を２５．５ａｔ％としたときには、前記Ｃｕの膜厚を６０Å以下としても、比較例より前記Ｈｉｎを小さくすることができ、前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果を発揮することができる。したがって、好ましいＣｕの膜厚を６０Å以下とし、好ましいＧｅ組成比率を２４〜２７ａｔ％とした。

また図９より、前記Ｃｕ膜厚を１８Å未満とすると、前記Ｈｉｎが５０（Ｏｅ）以上となることが予想され、実用上好ましくないため、好ましいＣｕ膜厚の下限を１８Åとした。

なお、前記第２の範囲のＣｕ膜厚について、図４より、Ｇｅの組成比率を２１〜２６ａｔ％とすると、前記ΔＲＡを８（ｍΩμｍ^２）以上と大きくすることができ、また前記Ｃｏ_７０Ｆｅ_３０層若しくはＣｏ_９０Ｆｅ_１０層を形成する効果を発揮することができるＧｅ組成比率が２４ａｔ％であることから、より好ましいＧｅの組成比率を２４〜２６ａｔ％とした。

本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）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２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）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（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、 実施例と比較例について、Ｃｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率、および抵抗変化量ΔＲと素子面積Ａとの積ΔＲＡとの関係を示すグラフ、 実施例と比較例について、非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚および、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 実施例と比較例について、非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚および、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 実施例と比較例について、非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚および、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 実施例と比較例について、非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚および、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 実施例について、非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚および、フリー磁性層と固定磁性層間の強磁性結合磁界Ｈｉｎとの関係を示すグラフ、 非磁性材料層を構成するＣｕ膜厚と、固定磁性層およびフリー磁性層に形成されたＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率との好ましい範囲を示すグラフ、 従来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、

符号の説明

１１ 下地層
１２ シード層
１３ 反強磁性層
１４ 固定磁性層
１４ａ 第１磁性層
１４ｂ 非磁性中間層
１４ｃ 第２磁性層
１４ｃ１ 第１強磁性材料層
１４ｃ２ 第２強磁性材料層
１５ 非磁性材料層
１６ フリー磁性層
１７ 保護層
１８ ハードバイアス層
１９ 絶縁層
２０ 電極層
２１ Ｃｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 磁気検出素子
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 多層膜

Claims (10)

1. 磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、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、
   前記固定磁性層および前記フリー磁性層の少なくとも一方は、ハーフメタル的合金層を有して形成されており、
   前記ハーフメタル的合金層と前記非磁性層との間にはＣｏ_ＸＦｅ_{１００−Ｘ}層（Ｘは組成比率を表し、０≦Ｘ≦１００である）が形成されていることを特徴とする磁気検出素子。
2. 前記ハーフメタル的合金層は、組成比率がＸ２ＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金、または組成比率がＸＹＺ（ただしＸは、周期表のＩＩＩＡ族からＩＩＢ族までのうちから選択された一元素、ＹはＭｎ、ＺはＡｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｓｂのうちから選択された１種または２種以上の元素）で表されるホイスラー合金である請求項１記載の磁気検出素子。
3. 前記非磁性材料層は、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇで選択される１種以上で形成される請求項１または２記載の磁気検出素子。
4. 前記ハーフメタル的合金層がＣｏ_２ＭｎＧｅ合金で形成され、前記非磁性材料層がＣｕで形成され、前記非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚が１８〜５０Åであり、且つ前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２０〜２７ａｔ％である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
5. 前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２１〜２６ａｔ％である請求項４記載の磁気検出素子。
6. 前記ハーフメタル的合金層がＣｏ_２ＭｎＧｅ合金で形成され、前記非磁性材料層がＣｕで形成され、前記非磁性材料層を構成するＣｕの膜厚が１８〜６０Åであり、且つ前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２４〜２７ａｔ％である請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気検出素子。
7. 前記ハーフメタル的合金層を構成するＣｏ_２ＭｎＧｅのＧｅの組成比率が、２４〜２６ａｔ％である請求項６記載の磁気検出素子。
8. 前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
9. 前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。
10. 前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上にも非磁性材料層及び固定磁性層が設けられている請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気検出素子。

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