特開 2022-121368 光検知素子、受信装置及び光センサー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022121368

(43)【公開日】2022-08-19

(54)【発明の名称】光検知素子、受信装置及び光センサー装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 43/08 20060101AFI20220812BHJP

   H01L 43/02 20060101ALI20220812BHJP

   G02F 1/09 20060101ALI20220812BHJP

【ＦＩ】

H01L43/08 U

H01L43/08 Z

H01L43/02 Z

G02F1/09 505

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021176495

(22)【出願日】2021-10-28

(31)【優先権主張番号】P 2021018156

(32)【優先日】2021-02-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100169694

【弁理士】

【氏名又は名称】荻野 彰広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】出川 直通

【テーマコード（参考）】

2K102

5F092

【Ｆターム（参考）】

2K102AA27

2K102BA00

2K102BC01

2K102BD09

2K102DD08

2K102EA02

2K102EA16

2K102EB06

5F092AA15

5F092AB10

5F092AC08

5F092AC12

5F092AD23

5F092AD25

5F092BB10

5F092BB22

5F092BB23

5F092BB31

5F092BB34

5F092BB35

5F092BB36

5F092BB37

5F092BB38

5F092BB42

5F092BB43

5F092BB53

5F092BC04

5F092BC07

5F092BC12

5F092BC13

5F092BC18

5F092BC22

5F092BC42

5F092BC43

5F092CA25

5F092EA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光に対する応答性の良い光検知素子、受信装置及び光センサー装置を提供する。
【解決手段】光検知素子１００は、第１強磁性層１と、第２強磁性層２と、第１強磁性層１と第２強磁性層２とに挟まれたスペーサ層３と、を備える磁性素子１０を有する。第１強磁性層１には、磁性素子１０の積層方向と交差する方向から光Ｌが照射される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備える磁性素子を有し、
前記第１強磁性層には、前記磁性素子の積層方向と交差する方向から光が照射される、光検知素子。

【請求項2】

前記磁性素子を前記積層方向に挟む第１電極と第２電極とをさらに有し、
前記第１電極と前記第２電極とのうちの少なくとも一方の側面と、前記磁性素子の側面とは、少なくとも一部で同一の仮想平面に接しており、
前記第１強磁性層には、前記仮想平面側から前記光が照射される、請求項１に記載の光検知素子。

【請求項3】

前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、
前記平坦面に前記光が照射される、請求項１又は２に記載の光検知素子。

【請求項4】

前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、
前記平坦面が前記仮想平面と接している、請求項２に記載の光検知素子。

【請求項5】

前記平坦面を覆い、前記光を透過できる酸化物膜をさらに有する、請求項３又は４に記載の光検知素子。

【請求項6】

発熱部をさらに有し、
前記発熱部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にある、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検知素子。

【請求項7】

膨張部をさらに有し、
前記発熱部は、前記膨張部を加熱できる位置にあり、
前記膨張部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にあり、
前記膨張部は、前記第１強磁性層より線熱膨張係数が大きい、請求項６に記載の光検知素子。

【請求項8】

前記光は、高周波の光信号を含み強度変化する光であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の光検知素子。

【請求項9】

前記光は、波長フィルターを透過した光であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の光検知素子。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか一項に記載の光検知素子を有する受信装置。

【請求項11】

請求項１～７及び請求項９のいずれか一項に記載の光検知素子を有する光センサー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光検知素子、受信装置及び光センサー装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光電変換素子は、様々な用途で用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、フォトダイオードを用いて、光信号を受信する受信装置が記載されている。フォトダイオードは、例えば、半導体のｐｎ接合を用いたｐｎ接合ダイオード等であり、光を電気信号に変換する。

【0004】

また例えば、特許文献２には、半導体のｐｎ接合を用いた光センサー及びこの光センサーを用いたイメージセンサーが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－２９２１０７号公報

【特許文献2】米国特許第９８４２８７４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体のｐｎ接合を用いた光検知素子は広く利用されているが、更なる発展のために新たな光検知素子が求められている。また光検知素子は、光を電気信号に変換するものであり、変換精度の向上が求められている。

【0007】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光に対する応答性の良い光検知素子、受信装置及び光センサー装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0009】

（１）第１の態様にかかる光検知素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備える磁性素子を有し、前記第１強磁性層には、前記磁性素子の積層方向と交差する方向から光が照射される。

【0010】

（２）上記態様にかかる光検知素子は、前記磁性素子を前記積層方向に挟む第１電極と第２電極とをさらに有し、前記第１電極と前記第２電極とのうち少なくとも一方の側面と、前記磁性素子の側面とは、少なくとも一部で同一の仮想平面に接しており、前記第１強磁性層には、前記仮想平面側から前記光が照射される構成でもよい。

【0011】

（３）上記態様にかかる光検知素子は、前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、前記平坦面に前記光が照射される構成でもよい。

【0012】

（４）上記態様にかかる光検知素子は、前記磁性素子の側面の一部が平坦面であり、前記平坦面が前記仮想平面と接していてもよい。

【0013】

（５）上記態様にかかる光検知素子は、前記平坦面を覆い、前記光を透過できる酸化物膜をさらに有してもよい。

【0014】

（６）上記態様にかかる光検知素子は、発熱部をさらに有し、前記発熱部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にあってもよい。

【0015】

（７）上記態様にかかる光検知素子は、膨張部をさらに有し、前記発熱部は、前記膨張部を加熱できる位置にあり、前記膨張部は、前記磁性素子に対して前記光が主として照射される光照射方向において、前記磁性素子の後方にあり、前記膨張部は、前記第１強磁性層より線熱膨張係数が大きくてもよい。

【0016】

（８）上記態様にかかる光検知素子は、前記光が、高周波の光信号を含み強度変化する光であってもよい。

【0017】

（９）上記態様にかかる光検知素子は、前記光が、波長フィルターを透過した光であってもよい。

【0018】

（１０）第２の態様にかかる受信装置は、上記態様にかかる光検知素子を有する。

【0019】

（１１）第３の態様にかかる光センサー装置は、上記態様にかかる光検知素子を有する。

【発明の効果】

【0020】

上記態様にかかる光検知素子、受信装置及び光センサー装置は、光に対する応答性が良い。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係る光検知素子の斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る光検知素子の断面図である。

【図3】第１実施形態に係る光検知素子の平面図である。

【図4】第１実施形態に係る光検知素子の第１動作例の第１メカニズムを説明するための図である。

【図5】第１実施形態に係る光検知素子の第１動作例の第２メカニズムを説明するための図である。

【図6】第１実施形態に係る光検知素子の第２動作例の第１メカニズムを説明するための図である。

【図7】第１実施形態に係る光検知素子の第２動作例の第２メカニズムを説明するための図である。

【図8】第１実施形態に係る光検知素子の第２動作例の別の例を説明するための図である。

【図9】第１実施形態に係る光検知素子の第２動作例の別の例を説明するための図である。

【図10】第１変形例に係る光検知素子の断面図である。

【図11】第２変形例に係る光検知素子の断面図である。

【図12】第３変形例に係る光検知素子の断面図である。

【図13】第４変形例に係る光検知素子の断面図である。

【図14】第２実施形態に係る光検知素子の断面図である。

【図15】第３実施形態に係る光検知素子の断面図である。

【図16】第４実施形態に係る光検知素子の断面図である。

【図17】第１適用例にかかる送受信装置のブロック図である。

【図18】通信システムの一例の概念図である。

【図19】第２適用例に係る光センサー装置の断面の概念図である。

【図20】端末装置の一例の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0023】

方向について定義する。磁性素子１０の積層方向をｚ方向とし、ｚ方向と直交する面内の一方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｚ方向は、積層方向の一例である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。＋ｚ方向は、第２強磁性層２から第１強磁性層１へ向かう方向である。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。

【0024】

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係る光検知素子１００の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光検知素子１００のｙｚ断面図である。図３は、第１実施形態に係る光検知素子１００をｚ方向から見た平面図である。

【0025】

光検知素子１００は、照射される光Ｌの状態または状態の変化を電気信号に置き換える。本明細書における光Ｌとは、可視光線に限らず、可視光線よりも波長の長い赤外線や、可視光線よりも波長の短い紫外線も含む。可視光線の波長は例えば、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満である。赤外線の波長は例えば、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下である。紫外線の波長は例えば、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である。

【0026】

光検知素子１００は、例えば、磁性素子１０と第１電極２０と第２電極３０と光照射部４０と絶縁層５０とを有する。

【0027】

光照射部４０は、例えば、光源から伝搬した光Ｌが出射する部分である。光照射部４０から出射された光Ｌは、磁性素子１０の側面１０ｓに照射される。光照射部４０は、例えば、磁性素子１０の側面１０ｓと対向する。

【0028】

光Ｌは、磁性素子１０に対してｚ方向と交差する方向から照射される。光Ｌは、例えば、ｙ方向から磁性素子１０の側面１０ｓに照射される。以下、磁性素子１０に対して光が主として照射される方向を光照射方向と称する。主として照射されるとは、他の方向からの照射される光の強度よりも当該方向から照射される光の強度が大きいことを意味する。図１及び図２においてｙ方向が磁性素子１０に対する光照射方向である。光Ｌは、例えば、高周波の光信号を含み強度変化する光、又は、波長フィルターを通過し波長域が制御された光である。高周波の光信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。

【0029】

第１電極２０は、磁性素子１０の第１面に接する。第１面は、ｚ方向において、磁性素子１０の第１強磁性層１側の面である。第２電極３０は、磁性素子１０の第２面に接する。第２面は、ｚ方向において、磁性素子１０の第２強磁性層２側の面である。第１電極２０と第２電極３０とは、例えば、磁性素子１０をｚ方向に挟む。

【0030】

第１電極２０及び第２電極３０は、導電性を有する材料からなる。第１電極２０及び第２電極３０は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＡｕまたはＲｕなどの金属により構成される。これらの金属の上下にＴａやＴｉを積層してもよい。また第１電極２０及び第２電極３０として、ＣｕとＴａの積層膜、ＴａとＣｕとＴｉの積層膜、ＴａとＣｕとＴａＮの積層膜を用いてもよい。また第１電極２０及び第２電極３０として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。

【0031】

第１電極２０及び第２電極３０は、磁性素子１０に照射される光の波長域に対して透過性を有してもよい。例えば、第１電極２０及び第２電極３０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ）等の酸化物の透明電極材料を含む透明電極でもよい。また第１電極２０及び第２電極３０は、こられの透明電極材料の中に複数の柱状金属を有する構成としてもよい。

【0032】

絶縁層５０は、第１電極２０と第２電極３０との間にある。絶縁層５０は、例えば、磁性素子１０の光Ｌが照射される側面１０ｓを除く部分を被覆する。絶縁層５０は、層間絶縁膜である。絶縁層５０は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。絶縁層５０は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。

【0033】

磁性素子１０は、照射される光Ｌの状態が変化すると、光Ｌの状態の変化に応じてｚ方向の抵抗値が変化する。磁性素子１０に照射される光Ｌの状態が変化すると、光Ｌの状態の変化に応じて磁性素子１０からの出力電圧が変化する。磁性素子１０は、例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とスペーサ層３とを有する。スペーサ層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に位置する。磁性素子１０は、これらの他に他の層を有してもよい。

【0034】

磁性素子１０の側面の一部は、光が照射される。例えば、側面１０ｓは、光が照射される。側面１０ｓは、磁性素子１０の側面のうち光Ｌが主として照射される側の側面である。側面１０ｓに照射される光の強度は、他の側面に照射される光の強度よりも大きい。側面１０ｓは、例えば、光Ｌの受光面である。

【0035】

磁性素子１０の側面の一部は平坦面である。例えば、側面１０ｓは、平坦面である。例えば、平坦面である側面１０ｓに光Ｌが照射される。

【0036】

磁性素子１０の側面と、第１電極２０と第２電極３０とのうち少なくとも一方の側面とは、少なくとも一部で同一の仮想平面ＶＳに接している。仮想平面ＶＳは、磁性素子１０の側面に対する接平面の一つである。光Ｌは、第１強磁性層１に対して仮想平面ＶＳ側から照射される。

【0037】

例えば、側面１０ｓと第１電極２０の側面２０ｓ及び第２電極３０の側面３０ｓとは同一の仮想平面ＶＳに接する。側面１０ｓと側面２０ｓ及び側面３０ｓとは連続する。側面２０ｓは、第１電極２０の側面のうち光Ｌが主として照射される側の側面である。側面３０ｓは、第２電極３０の側面のうち光Ｌが主として照射される側の側面である。

【0038】

磁性素子１０は、例えば、スペーサ層３が絶縁材料で構成されたＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子である。この場合、磁性素子１０は、第１強磁性層１の磁化の状態と第２強磁性層２の磁化の状態との相対的な変化に応じて、ｚ方向の抵抗値（ｚ方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する。このような素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。

【0039】

第１強磁性層１は、外部から光が照射されると磁化の状態が変化する光検知層である。第１強磁性層１は、磁化自由層とも呼ばれる。磁化自由層は、所定の外力が印加された際に磁化の状態が変化する磁性体を含む層である。所定の外力は、例えば、外部から照射される光Ｌ、磁性素子１０のｚ方向に流れる電流、外部磁場である。第１強磁性層１の磁化は、第１強磁性層１に照射される光Ｌの強度に応じて、状態が変化する。

【0040】

第１強磁性層１は、強磁性体を含む。第１強磁性層１は、例えば、Ｃｏ、ＦｅまたはＮｉ等の磁性元素のいずれかを少なくとも含む。第１強磁性層１は、上述のような磁性元素と共に、Ｂ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｇｄ等の非磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層１は、例えば、磁性元素と非磁性元素とを含む合金でもよい。第１強磁性層１は、複数の層から構成されていてもよい。第１強磁性層１は、例えば、ＣｏＦｅＢ合金、ＣｏＦｅＢ合金層をＦｅ層で挟んだ積層体、ＣｏＦｅＢ合金層をＣｏＦｅ層で挟んだ積層体である。

【0041】

第１強磁性層１は、膜面内方向（ｘｙ面内のいずれかの方向）に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向（ｚ方向）に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。

【0042】

第１強磁性層１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１強磁性層１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが好ましい。第１強磁性層１が垂直磁化膜の場合、第１強磁性層１の膜厚が薄いと、第１強磁性層１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が強まり、第１強磁性層１の垂直磁気異方性が高まる。つまり、第１強磁性層１の垂直磁気異方性が高いと、磁化Ｍ１がｚ方向に戻ろうとする力が強まる。一方、第１強磁性層１の膜厚が厚いと、第１強磁性層１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が相対的に弱まり、第１強磁性層１の垂直磁気異方性が弱まる。

【0043】

第１強磁性層１の膜厚が薄くなると強磁性体としての体積は小さくなり、厚くなると強磁性体としての体積は大きくなる。外部からのエネルギーが加わったときの第１強磁性層１の磁化の反応しやすさは、第１強磁性層１の磁気異方性（Ｋｕ）と体積（Ｖ）との積（ＫｕＶ）に反比例する。つまり、第１強磁性層１の磁気異方性と体積との積が小さくなると、光に対する反応性が高まる。このような観点から、光に対する反応を高めるためには、第１強磁性層１の磁気異方性を適切に設計したうえで第１強磁性層１の体積を小さくすることが好ましい。

【0044】

第１強磁性層１の膜厚が２ｎｍより厚い場合は、例えばＭｏ，Ｗからなる挿入層を第１強磁性層１内に設けてもよい。すなわち、ｚ方向に強磁性層、挿入層、強磁性層が順に積層された積層体を第１強磁性層１としてもよい。挿入層と強磁性層との界面における界面磁気異方性により第１強磁性層１全体の垂直磁気異方性が高まる。挿入層の膜厚は、例えば、０．１ｎｍ～０．６ｎｍである。

【0045】

第２強磁性層２は、磁化固定層である。磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい。また、例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の大きさが磁化自由層よりも変化しにくい。第２強磁性層２の保磁力は、例えば、第１強磁性層１の保磁力よりも大きい。第２強磁性層２は、例えば第１強磁性層１と同じ方向に磁化容易軸を有する。第２強磁性層２は、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。

【0046】

第２強磁性層２を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１と同様である。第２強磁性層２は、例えば、０．４ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏ、０．１ｎｍ～０．５ｎｍの厚みのＭｏ、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏＦｅＢ合金、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＦｅが順に積層された積層体でもよい。

【0047】

第２強磁性層２の磁化は、例えば、磁気結合層を介した第３強磁性層との磁気結合によ って固定してもよい。この場合、第２強磁性層２、磁気結合層及び第３強磁性層を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。

【0048】

第３強磁性層は、例えば、第２強磁性層２と磁気結合する。磁気結合は、例えば、反強磁性的な結合であり、ＲＫＫＹ相互作用により生じる。第３強磁性層を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１と同様である。磁気結合層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ等である。

【0049】

スペーサ層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に配置される非磁性層である。スペーサ層３は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。スペーサ層３の膜厚は、後述する初期状態における第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化の配向方向に応じて調整できる。

【0050】

例えば、スペーサ層３が絶縁体からなる場合は、磁性素子１０は、第１強磁性層１とスペーサ層３と第２強磁性層２とからなる磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を有する。このような素子はＭＴＪ素子と呼ばれる。この場合、磁性素子１０はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。スペーサ層３が金属からなる場合は、磁性素子１０は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。このような素子はＧＭＲ素子と呼ばれる。磁性素子１０は、スペーサ層３の構成材料によって、ＭＴＪ素子、ＧＭＲ素子などと呼び名が異なることがあるが、総称して磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。

【0051】

スペーサ層３が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化ケイ素等を含む材料を用いることができる。また、これら絶縁材料に、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｇなどの元素や、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に高いＴＭＲ効果が発現するようにスペーサ層３の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。

【0052】

スペーサ層３を非磁性導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、２．０～３．０ｎｍ程度としてもよい。

【0053】

スペーサ層３を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はＩＴＯ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度としてもよい。

【0054】

スペーサ層３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌなどの非磁性の導体によって構成される通電点を含む構造としてもよい。また、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素によって導体を構成してもよい。この場合、スペーサ層３の膜厚は、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。通電点は、例えば、膜面に垂直な方向からみたときの直径が１ｎｍ以上５ｎｍ以下の柱状体である。

【0055】

磁性素子１０は、この他、下地層、キャップ層、垂直磁化誘起層等を有してもよい。下地層は、第２強磁性層２と第２電極３０との間にある。下地層は、シード層又はバッファ層である。シード層は、シード層上に積層される層の結晶性を高める。シード層は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＮｉＦｅＣｒである。シード層の膜厚は、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。バッファ層は、異なる結晶間の格子不整合を緩和する層である。バッファ層は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ又はこれらの元素の窒化物である。バッファ層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。

【0056】

キャップ層は、第１強磁性層１と第１電極２０との間にある。キャップ層は、プロセス過程で下層へのダメージを防ぐと共に、アニール時に下層の結晶性を高める。キャップ層の膜厚は、第１強磁性層１に十分な光が照射されるように、例えば３ｎｍ以下である。キャップ層は、例えば、ＭｇＯ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などである。

【0057】

垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１が垂直磁化膜の場合に形成される。垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１上に積層される。垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１の垂直磁気異方性を誘起する。垂直磁化誘起層は、例えば酸化マグネシウム、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等である。垂直磁化誘起層が酸化マグネシウムの場合は、導電性を高めるために、酸化マグネシウムが酸素欠損していることが好ましい。垂直磁化誘起層の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。

【0058】

光検知素子１００は、各層の積層工程、アニール工程、加工工程によって作製される。まず、基板上に、第２電極３０、第２強磁性層２、スペーサ層３、第１強磁性層１を順に積層する。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。

【0059】

次いで、積層膜をアニールする。アニール温度は、例えば、２５０℃から４５０℃である。基板が回路基板の場合は、４００℃以上でアニールしておくことが好ましい。その後、積層膜をフォトリソグラフィ及びエッチングにより所定の柱状体に加工する。柱状体は、円柱でも角柱でもよい。例えば、柱状体をｚ方向から見た際の最短幅は、１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下としてもよく、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としてもよい。

【0060】

次いで、柱状体の側面を被覆するように、絶縁層５０を形成する。絶縁層５０は、複数回に亘って積層してもよい。次いで、化学機械研磨（ＣＭＰ）により絶縁層５０から第１強磁性層１の上面を露出させ、第１強磁性層１上に、第１電極２０を作製する。

【0061】

次いで、基板および絶縁層５０を切断する。そして、切断面に、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）及びイオンビームエッチングを行って絶縁層５０を除去することで、絶縁層５０から第２電極３０、第２強磁性層２、スペーサ層３及び第１強磁性層１を露出させる。これにより、側面１０ｓが平坦面となり、また、側面３０ｓ、側面１０ｓ及び側面２０ｓが連続する。最後に、側面１０ｓと対向する位置に、光照射部４０を配置することにより、光検知素子１００が得られる。

【0062】

次いで、光検知素子１００の動作のいくつかの例について説明する。第１強磁性層１には、光強度が変化する光が照射される。光検知素子１００からの出力電圧は、光が第１強磁性層１に照射されることにより変化する。第１動作例では、第１強磁性層１に照射される光の強度が、第１強度と第２強度の２段階である場合を例に説明する。第２強度の光の強度は、第１強度の光の強度より大きいものとする。第１強度は、第１強磁性層１に照射される光の強度がゼロの場合でもよい。

【0063】

図４及び図５は、第１実施形態に係る光検知素子１００の第１動作例を説明するための図である。図４は、第１動作例の第１メカニズムを説明するための図であり、図５は、第１動作例の第２メカニズムを説明するための図である。図４及び図５の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図４及び図５の下のグラフは、縦軸が磁性素子１０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。

【0064】

まず第１強磁性層１に第１強度の光が照射された状態（以下、初期状態と称する）において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層２の磁化Ｍ２とは平行の関係にあり、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は第１抵抗値Ｒ１を示し、磁性素子１０からの出力電圧の大きさは第１の値を示す。磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、磁性素子１０のｚ方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、磁性素子１０のｚ方向の両端に電圧が発生し、その電圧値からオームの法則を用いて求められる。磁性素子１０からの出力電圧は、第１電極２０と第２電極３０との間に発生する。図４に示す例の場合、センス電流Ｉｓを第１強磁性層１から第２強磁性層２に向かって流す。この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１の磁化Ｍ１に対して、第２強磁性層２の磁化Ｍ２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行になる。また、この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が動作時に反転することを防止することができる。

【0065】

次いで、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化する。第２強度は、第１強度より大きく、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は初期状態から変化する。第１強磁性層１に光が照射されていない状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態と、第２強度における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態とは異なる。磁化Ｍ１の状態とは、例えば、ｚ方向に対する傾き角、大きさ等である。

【0066】

例えば、図４に示すように、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化すると、磁化Ｍ１はｚ方向に対して傾く。また例えば、図５に示すように、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化すると、磁化Ｍ１の大きさが小さくなる。例えば、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が光の照射強度によってｚ方向に対して傾く場合、その傾き角度は、０°より大きく９０°より小さい。

【0067】

第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から変化すると、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向の抵抗値は第２抵抗値Ｒ２を示し、磁性素子１０からの出力電圧の大きさは第２の値を示す。第２抵抗値Ｒ２は、第１抵抗値Ｒ１より大きく、出力電圧の第２の値は第１の値よりも大きい。第２抵抗値Ｒ２は、磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行である場合の抵抗値（第１抵抗値Ｒ１）と、磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行である場合の抵抗値との間である。

【0068】

図４に示す場合は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１には第２強磁性層２の磁化Ｍ２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用している。したがって、磁化Ｍ１は磁化Ｍ２と平行状態に戻ろうとし、第１強磁性層１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化すると、磁性素子１０は初期状態に戻る。図５に示す場合は、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさは元に戻り、磁性素子１０は初期状態に戻る。いずれの場合も磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ１に戻る。つまり、第１強磁性層１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化した際に、光検知素子１００のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ２から第１抵抗値Ｒ１へ変化し、磁性素子１０からの出力電圧の大きさは、第２の値から第１の値へ変化する。

【0069】

光検知素子１００からの出力電圧は、第１強磁性層１に照射される光の強度の変化に対応して変化し、照射される光の強度の変化を光検知素子１００からの出力電圧の変化に変換することができる。すなわち、光検知素子１００は、光を電気信号に置き換えることができる。例えば、光検知素子１００からの出力電圧が閾値以上の場合を第１信号（例えば、“１”）、閾値未満の場合を第２信号（例えば、“０”）として処理する。

【0070】

ここでは初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行な場合を例に説明したが、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行でもよい。この場合、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、磁化Ｍ１の状態が変化するほど（例えば、磁化Ｍ１の初期状態からの角度変化が大きくなるほど）小さくなる。磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流Ｉｓは第２強磁性層２から第１強磁性層１に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１の磁化Ｍ１に対して、第２強磁性層２の磁化Ｍ２と反対方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行になる。

【0071】

第１動作例では、第１強磁性層１に照射される光が、第１強度と第２強度の２段階であ る場合を例に説明したが、第２動作例では第１強磁性層１に照射される光の強度が多段又はアナログ的に変化する場合について説明する。

【0072】

図６及び図７は、第１実施形態に係る光検知素子１００の第２動作例を説明するための図である。図６は、第１動作例の第１メカニズムを説明するための図であり、図７は、第１動作例の第２メカニズムを説明するための図である。図６及び図７の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図６及び図７の下のグラフは、縦軸が磁性素子１０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。

【0073】

図６の場合、第１強磁性層１に照射される光の強度が大きくなると、光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層１の磁化Ｍ１は初期状態から傾く。第１強磁性層１に光が照射されていない状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と、光が照射された状態における磁化Ｍ１の方向との角度は、いずれも０°より大きく９０°より小さい。

【0074】

第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から傾くと、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子１０からの出力電圧は変化する。例えば、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の傾きに応じて、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４と変化し、磁性素子１０からの出力電圧は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。第１抵抗値Ｒ１、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４の順に抵抗値は大きくなる。第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子１０からの出力電圧は大きくなる。

【0075】

磁性素子１０は、第１強磁性層１に照射される光の強度が変化した際に、磁性素子１０からの出力電圧（磁性素子１０のｚ方向の抵抗値）が変化する。例えば、第１の値（第１抵抗値Ｒ１）を“０”、第２の値（第２抵抗値Ｒ２）を“１”、第３の値（第３抵抗値Ｒ３）を“２”、第４の値（第４抵抗値Ｒ４）を“３”として規定すると、光検知素子１００は４値の情報を出力できる。ここでは一例として４値を読み出す場合を示したが、磁性素子１０からの出力電圧（磁性素子１０の抵抗値）の閾値の設定により読み出す値の数は自由に設計できる。また光検知素子１００は、アナログ値をそのまま出力してもよい。

【0076】

また図７の場合も同様に、第１強磁性層１に照射される光の強度が大きくなると、光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさは初期状態から小さくなる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から小さくなると、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子１０からの出力電圧は変化する。例えば、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさに応じて、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ２、第３抵抗値Ｒ３、第４抵抗値Ｒ４と変化し、磁性素子１０からの出力電圧は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。したがって、図６の場合と同様に、光検知素子１００は、これらの出力電圧（抵抗値）の違いを、多値又はアナログデータとして出力できる。

【0077】

また第２動作例の場合も、第１動作例の場合と同様に、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態は元に戻り、磁性素子１０は初期状態に戻る。

【0078】

ここでは初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行な場合を例に説明したが、第２動作例においても、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行でもよい。

【0079】

また第１動作例及び第２動作例では、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行又は反平行な場合を例示したが、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが直交していてもよい。例えば、第１強磁性層１がｘｙ平面のいずれかの方向に磁化Ｍ１が配向した面内磁化膜で、第２強磁性層２がｚ方向に磁化Ｍ２が配向した垂直磁化膜の場合が、この場合に該当する。磁気異方性により磁化Ｍ１がｘｙ面内のいずれかの方向に配向し、磁化Ｍ２がｚ方向に配向することで、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが直交する。

【0080】

図８及び図９は、第１実施形態に係る光検知素子１００の第２動作例の別の例を説明するための図である。図８と図９とは、磁性素子１０に印加するセンス電流Ｉｓの流れ方向が異なる。図８は、センス電流Ｉｓを第１強磁性層１から第２強磁性層２に向かって流している。図９は、センス電流Ｉｓを第２強磁性層２から第１強磁性層１に向かって流している。

【0081】

図８及び図９のいずれの場合でも、磁性素子１０にセンス電流Ｉｓが流れることで、初期状態において磁化Ｍ１に対してスピントランスファートルクが作用している。図８の場合は、磁化Ｍ１が第２強磁性層２の磁化Ｍ２と平行になるように、スピントランスファートルクが作用している。図９の場合は、磁化Ｍ１が第２強磁性層２の磁化Ｍ２と反平行になるように、スピントランスファートルクが作用している。図８及び図９のいずれの場合でも、初期状態では、磁化Ｍ１に対する磁気異方性による作用がスピントランスファートルクの作用よりも大きいため、磁化Ｍ１はｘｙ面内のいずれかの方向を向いている。

【0082】

第１強磁性層１に照射される光の強度が大きくなると、光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層１の磁化Ｍ１は初期状態から傾く。磁化Ｍ１に加わる光の照射による作用とスピントランスファートルクによる作用との和が、磁化Ｍ１に係る磁気異方性による作用より大きくなるためである。第１強磁性層１に照射される光の強度が大きくなると、図８の場合の磁化Ｍ１は第２強磁性層２の磁化Ｍ２と平行になるように傾き、図９の場合の磁化Ｍ１は第２強磁性層２の磁化Ｍ２と反平行になるように傾く。磁化Ｍ１に作用するスピントランスファートルクの方向が違うため、図８と図９における磁化Ｍ１の傾き方向は異なる。

【0083】

第１強磁性層１に照射される光の強度が大きくなると、図８の場合は磁性素子１０の抵抗値は小さくなり、磁性素子１０からの出力電圧は小さくなる。図９の場合は磁性素子１０の抵抗値は大きくなり、磁性素子１０からの出力電圧は大きくなる。

【0084】

第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、磁化Ｍ１に対する磁気異方性による作用により第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態は元に戻る。その結果、磁性素子１０は初期状態に戻る。

【0085】

ここでは第１強磁性層１が面内磁化膜であり、第２強磁性層２が垂直磁化膜の例を挙げて説明したが、この関係は逆でもよい。すなわち、初期状態において、磁化Ｍ１がｚ方向に配向し、磁化Ｍ２がｘｙ面内のいずれかの方向に配向していてもよい。

【0086】

上述のように、第１実施形態に係る光検知素子１００は、磁性素子１０に照射された光を磁性素子１０からの出力電圧に置き換えることで、光を電気信号に置き換えることができる。

【0087】

また磁性素子１０には、光Ｌが側面１０ｓ側から照射される。すなわち、光Ｌは、第１強磁性層１のスペーサ層３側の部分にも照射され易い。第１強磁性層１のスペーサ層３側の部分の磁化の状態の変化は、磁性素子１０からの出力電圧変化（磁性素子１０のｚ方向の抵抗値変化）に大きく寄与する。その結果、光Ｌの状態の変化に対する磁性素子１０からの出力電圧変化（磁性素子１０の抵抗値変化）の応答性が高い。

【0088】

以上、第１実施形態について図面を参照して詳述したが、第１実施形態はこの例に限られるものではない。

【0089】

例えば、図１０に示す光検知素子１０１のように、磁性素子１１の側面１１ｓはｚ方向に対して傾斜していてもよい。側面１１ｓは、第１電極２１の側面２１ｓ及び第２電極３１の側面３１ｓと連続する。側面１１ｓは、平坦面である。第１変形例にかかる光検知素子１０１は、第１強磁性層１のスペーサ層側の部分にも光が照射され易いため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。

【0090】

また図１１に示す光検知素子１０２及び図１２に示す光検知素子１０３のように、磁性素子１２、１３をｚ方向から見た形状が矩形以外でもよい。

【0091】

図１１に示す磁性素子１２は、ｚ方向から見た形状が円形である。磁性素子１２の側面１２ｓの一部と、第１電極２０の側面２０ｓ及び第２電極３０の側面３０ｓとは、同一の仮想平面ＶＳに接している。側面１２ｓは、そのｚ方向に延びる線状の部分において仮想平面ＶＳに接する。側面１２ｓの仮想平面ＶＳに接する部分と、側面２０ｓ及び側面３０ｓとは連続する。

【0092】

図１２に示す磁性素子１３は、ｚ方向から見た形状が円の一部が欠けた欠円である。磁性素子１３の側面は、平坦面である側面１３ｓと、ｚ方向から見て円弧状の側面とからなる。側面１３ｓと側面２０ｓ及び側面３０ｓとは、同一の仮想平面ＶＳに接している。側面１３ｓと側面２０ｓ及び側面３０ｓとは連続する。

【0093】

また図１３に示す光検知素子１０４のように、ｚ方向から見た第１電極２２及び第２電極３２の形状は矩形以外でもよい。

【0094】

図１３に示す磁性素子１２は、ｚ方向から見た形状が円形である。また図１３に示す第１電極２２及び第２電極３２は、ｚ方向から見た形状が楕円形である。磁性素子１２の側面１２ｓの一部と、第１電極２２の側面２２ｓの一部及び第２電極３２の側面３２ｓの一部とは、同一の仮想平面ＶＳに接している。側面１２ｓは、そのｚ方向に延びる線状の部分において仮想平面ＶＳに接する。側面２２ｓは、そのｚ方向に延びる線状の部分において仮想平面ＶＳに接する。側面３２ｓは、そのｚ方向に延びる線状の部分において仮想平面ＶＳに接する。側面１２ｓの仮想平面ＶＳに接する部分と、側面２２ｓ及び側面３２ｓの仮想平面ＶＳに接する部分とは連続する。

【0095】

またここまで、第１電極と第２電極の両方の側面の一部と磁性素子の側面の一部とが同一の仮想平面ＶＳに接している例を図示して説明したが、この場合に限られない。例えば、第１電極と第２電極とのうちの一方の側面の一部と磁性素子の側面の一部とのみが同一の仮想平面ＶＳに接していてもよい。

【0096】

「第２実施形態」
図１４は、第２実施形態に係る光検知素子１０５のｙｚ断面図である。光検知素子１０５は、酸化物膜６０を有する点が第１実施形態に係る光検知素子１００と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0097】

酸化物膜６０は、側面１０ｓ、側面２０ｓ及び側面３０ｓからなる平坦面を被覆する。図１４では、側面１０ｓ、側面２０ｓ及び側面３０ｓからなる平坦面の全面を酸化物膜６０が被覆する例を示したが、一部のみを被覆する構成でもよい。例えば、酸化物膜６０は、磁性素子１０の側面１０ｓのみを覆う構成でもよい。

【0098】

酸化物膜６０は、磁性素子１０に照射される光の波長域に対して透過性を有する。酸化物膜６０は、例えば、絶縁性を有する酸化物である。酸化物膜６０は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等である。酸化物膜６０は、磁性素子１０の側面１０ｓを腐食、摩耗等から保護する。

【0099】

第２実施形態にかかる光検知素子１０５は、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また酸化物膜６０を有することで、光検知素子１０５は、対候性に優れる。

【0100】

「第３実施形態」
図１５は、第３実施形態に係る光検知素子１０６のｙｚ断面図である。光検知素子１０６は、発熱部７０を有する点が第１実施形態に係る光検知素子１００と異なる。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0101】

発熱部７０は、第１強磁性層１を加熱できる位置にある。発熱部７０は、例えば、磁性素子１０に対する光照射方向において、磁性素子１０の後方にある。発熱部７０は、光照射方向から見て磁性素子１０と重なっていなくてもよい。発熱部７０は、磁性素子１０の光Ｌが主として照射される面と磁性素子１０を挟んで反対側にある。

【0102】

発熱部７０は、例えば、コイルである。発熱部７０は、例えば、Ｃｕ、ニッケル・クロム合金、鉄・クロム・アルミニウム合金等からなる抵抗体である。抵抗体に電流が流れることで、発熱部７０が発熱する。

【0103】

発熱部７０が発熱すると、第１強磁性層１が加熱される。加熱された第１強磁性層１は膨張する。第１強磁性層１が膨張すると、第１強磁性層１の側面が側面２０ｓと側面３０ｓとを繋ぐ仮想面から突出する。

【0104】

第３実施形態にかかる光検知素子１０６は、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また発熱部７０の発熱により第１強磁性層１の側面を側面２０ｓと側面３０ｓとを繋ぐ仮想面から突出させることができ、第１強磁性層１の側面と光照射部４０との距離を変えることができる。その結果、光照射部４０からの照射強度を変えることなく、第１強磁性層１に照射される光の強さを調整できる。

【0105】

「第４実施形態」
図１６は、第４実施形態に係る光検知素子１０７のｙｚ断面図である。光検知素子１０７は、発熱部７０及び膨張部８０を有する点が第１実施形態に係る光検知素子１００と異なる。第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

【0106】

発熱部７０は、膨張部８０を加熱できる位置にある。発熱部７０は、例えば、磁性素子１０に対する光照射方向において、磁性素子１０の後方にある。発熱部７０は、光照射方向から見て磁性素子１０と重なっていなくてもよい。発熱部７０は、磁性素子１０の光Ｌが主として照射される面と磁性素子１０を挟んで反対側にある。

【0107】

膨張部８０は、例えば、磁性素子１０に対する光照射方向において、磁性素子１０の後方にある。膨張部８０は、光照射方向から見て磁性素子１０と重なっていなくてもよい。膨張部８０は、磁性素子１０の光Ｌが主として照射される面と磁性素子１０を挟んで反対側にある。膨張部８０は、発熱部７０が発熱すると加熱され、膨張する。膨張部８０は、第１強磁性層１を押し出すことができる位置にある。

【0108】

膨張部８０は、第１強磁性層１より線熱膨張係数の大きな材料からなる。膨張部８０は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、スズまたはこれらを含む合金である。

【0109】

発熱部７０が発熱すると、膨張部８０が加熱される。加熱された膨張部８０が膨張すると、第１強磁性層１が外側に向かって押し出される。その結果、第１強磁性層１の側面が側面２０ｓと側面３０ｓとを繋ぐ仮想面から突出する。

【0110】

第４実施形態にかかる光検知素子１０７は、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また発熱部７０の発熱、及び、膨張部８０の膨張により、第１強磁性層１の側面と光照射部４０との距離を変えることができる。その結果、光照射部４０からの照射強度を変えることなく、第１強磁性層１に照射される光の強さを調整できる。

【0111】

以上、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記の実施形態及び変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

【0112】

上記の実施形態及び変形例にかかる光検知素子は、イメージセンサー等の光センサー装置、通信システムの送受信装置等に適用できる。

【0113】

図１７は、第１適用例にかかる送受信装置１０００のブロック図である。送受信装置１０００は、受信装置３００と送信装置４００とを備える。受信装置３００は光信号Ｌ１を受信し、送信装置４００は光信号Ｌ２を送信する。

【0114】

受信装置３００は、例えば、光検知素子３０１と信号処理部３０２とを備える。光検知素子３０１は、上述の実施形態又は変形例のいずれかの光検知素子１００～１０７である。受信装置３００において、第１強磁性層１には、高周波の光信号Ｌ１を含み強度変化する光が照射される。光検知素子３０１の積層方向の第１強磁性層１側にレンズを配置して、レンズを通過して集光した光が第１強磁性層１に照射されるようにしてもよい。レンズは、光検知素子３０１を形成するウエハ工程の中で形成するようにしてもよい。また、導波路を通過した光が光検知素子３０１の第１強磁性層１に照射されるようにしてもよい。光検知素子３０１の第１強磁性層１に照射される光は、例えば、レーザー光である。光検知素子３０１は、光信号Ｌ１を電気信号に変換する。光検知素子３０１の動作は、第１動作例、第２動作例のいずれでもよい。信号処理部３０２は、光検知素子３０１で変換した電気信号を処理する。信号処理部３０２は、光検知素子３０１から生じる電気信号を処理することにより、光信号Ｌ１に含まれる信号を受信する。受信装置３００は、光信号Ｌ１に含まれる信号を磁性素子１０～１３からの出力電圧に基づいて受信する。

【0115】

送信装置４００は、例えば、光源４０１と電気信号生成素子４０２と光変調素子４０３とを備える。光源４０１は、例えば、レーザー素子である。光源４０１は、送信装置４００の外部にあってもよい。電気信号生成素子４０２は、送信情報に基づき電気信号を生成する。電気信号生成素子４０２は、信号処理部３０２の信号変換素子と一体となっていてもよい。光変調素子４０３は、電気信号生成素子４０２で生成された電気信号に基づき、光源４０１から出力された光を変調し、光信号Ｌ２を出力する。

【0116】

図１８は、通信システムの一例の概念図である。図１８に示す通信システムは、２つの端末装置５００を有する。端末装置５００は、例えば、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ等である。

【0117】

端末装置５００のそれぞれは、受信装置３００と送信装置４００とを備える。一方の端末装置５００の送信装置４００から送信された光信号を、他方の端末装置５００の受信装置３００で受信する。端末装置５００間の送受信に使用される光は、例えば可視光である。受信装置３００は、光検知素子３０１として上述の光検知素子１００～１０７を有する。上述の光検知素子１００～１０７は光に対する応答性が良いため図１８に示す通信システムは信頼性が高い。

【0118】

図１９は、第２適用例に係る光センサー装置２０００の断面の概念図である。光センサー装置２０００は、例えば、回路基板１１０と配線層１２０と複数の光センサーＳとを有する。配線層１２０及び複数の光センサーＳのそれぞれは、回路基板１１０上に形成されている。

【0119】

複数の光センサーＳのそれぞれは、例えば、光検知素子１００と波長フィルターＦとレンズＲとを有する。図１９では光検知素子１００を用いる例を示したが、光検知素子１００に変えて光検知素子１０１～１０７を用いてもよい。光検知素子１００には、波長フィルターＦを透過した光が照射される。光検知素子１００は、上述のように、磁性素子１０に照射された光を電気信号に置換する。光検知素子１００は、第２動作例で動作することが好ましい。

【0120】

波長フィルターＦは、特定の波長の光を選別して特定の波長域の光を透過させる。それぞれの波長フィルターＦが透過させる光の波長域は、同じでも異なってもよい。例えば、光センサー装置２０００は、青色（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長域）を透過させる波長フィルターＦを有する光センサーＳ（以下、青色センサーと称する。）と、緑色（４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の波長域）を透過させる波長フィルターＦを有する光センサーＳ（以下、緑色センサーと称する。）と、赤色（５９０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域）を透過させる波長フィルターＦを有する光センサーＳ（以下、赤色センサーと称する。）と、を有してもよい。青色センサー、緑色センサー、赤色センサーを１画素とし、この画素を配列することで、光センサー装置２０００をイメージセンサーとして用いることができる。

【0121】

レンズＲは、光を磁性素子１０に向かって集光する。図１９に示す光センサーＳは、一つの波長フィルターＦの下方に一つの光検知素子１００が配置されているが、一つの波長フィルターＦの下方に複数の光検知素子１００を配置してもよい。

【0122】

回路基板１１０は、例えば、アナログデジタル変換器１１１と出力端子１１２とを有する。光センサーＳから送られた電気信号は、アナログデジタル変換器１１１でデジタルデータに置換され、出力端子１１２から出力される。

【0123】

配線層１２０は、複数の配線１２１を有する。複数の配線１２１の間には、層間絶縁膜１２２がある。配線１２１は、光センサーＳのそれぞれと回路基板１１０との間、回路基板１１０に形成された各演算回路の間を電気的に繋ぐ。光センサーＳのそれぞれと回路基板１１０とは、例えば、層間絶縁膜１２２をｚ方向に貫通する貫通配線を介して接続される。光センサーＳのそれぞれと回路基板１１０との間の配線間距離を短くすることで、ノイズを低減できる。

【0124】

配線１２１は、導電性を有する。配線１２１は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等である。層間絶縁膜１２２は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁体である。層間絶縁膜１２２は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。層間絶縁膜１２２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。

【0125】

上述の光センサー装置２０００は、例えば、端末装置に用いることができる。図２０は、端末装置６００の一例の模式図である。図２０の左は端末装置６００の表面であり、図２０の右は端末装置６００の裏面である。端末装置６００は、カメラＣＡを有する。上述の光センサー装置２０００は、このカメラＣＡの撮像素子に用いることができる。図２０では、端末装置６００の一例として、スマートフォンを例示したが、この場合に限られない。端末装置６００は、スマートフォン以外に、例えば、タブレット、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等である。

【符号の説明】

【0126】

１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…スペーサ層、１０，１１，１２，１３…磁性素子、２０，２１，２２…第１電極、３０，３１，３２…第２電極、１０ｓ，１１ｓ，１２ｓ，１３ｓ，２０ｓ，２１ｓ，２２ｓ，３０ｓ，３１ｓ，３２ｓ…側面、４０…光照射部、５０…絶縁層、６０…酸化膜、７０…発熱部、８０…膨張部、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７…光検知素子、１１０…回路基板、１１１…アナログデジタル変換器、１１２…出力端子、１２０…配線層、１２１…配線、１２２…層間絶縁膜、３００…受信装置、３０１…光検知素子、３０２…信号処理部、４００…送信装置、４０１…光源、４０２…電気信号生成素子、４０３…光変調素子、５００，６００…端末装置、１０００…送受信装置、２０００…光センサー装置、ＣＡ…カメラ、Ｆ…波長フィルター、Ｒ…レンズ、Ｓ…光センサー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】