(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】P2023159018
(43)【公開日】2023-10-31
(54)【発明の名称】光検知素子及び受信装置
(51)【国際特許分類】
H01L 31/08 20060101AFI20231024BHJP
H01L 31/10 20060101ALI20231024BHJP
H04B 10/69 20130101ALI20231024BHJP
【ＦＩ】
H01L31/08 Z
H01L31/10 G
H04B10/69
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022189938
(22)【出願日】2022-11-29
(31)【優先権主張番号】P 2022068947
(32)【優先日】2022-04-19
(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】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】柴田 哲也
(72)【発明者】
【氏名】福澤 英明
(72)【発明者】
【氏名】水野 友人
(72)【発明者】
【氏名】塚本 新
(72)【発明者】
【氏名】笠谷 雄一
【テーマコード（参考）】
5F849
5K102
【Ｆターム（参考）】
5F849AA17
5F849AB01
5F849BA30
5F849BB01
5F849DA16
5F849KA20
5F849XB01
5F849XB32
5K102AH02
5K102AH26
5K102PB01
5K102PH01
5K102PH31
5K102RD05
5K102RD28
(57)【要約】
【課題】実使用を考慮した新規な光検知素子及び受信装置を提供することを目的とする。
【解決手段】この光検知素子は、磁性素子とコンデンサと抵抗とを備え、前記磁性素子と前記コンデンサとは、直列に接続され、前記抵抗は、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続され、前記磁性素子は、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、前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される。
【選択図】図２
【解決手段】この光検知素子は、磁性素子とコンデンサと抵抗とを備え、前記磁性素子と前記コンデンサとは、直列に接続され、前記抵抗は、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続され、前記磁性素子は、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、前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性素子とコンデンサと抵抗とを備え、
前記磁性素子と前記コンデンサとは、直列に接続され、
前記抵抗は、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続され、
前記磁性素子は、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、
前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される、光検知素子。
前記磁性素子と前記コンデンサとは、直列に接続され、
前記抵抗は、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続され、
前記磁性素子は、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、
前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される、光検知素子。
【請求項2】
第１電極層と第１誘電体とをさらに備え、
前記磁性素子は、前記磁性素子の積層方向で対向する第１面と第２面とを有し、
前記第１電極層は、前記第１面と電気的に接続され、
前記第１電極層には、前記第１誘電体が充填されたスリットがあり、
前記第１誘電体と前記第１電極層とは、前記コンデンサの少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の光検知素子。
前記磁性素子は、前記磁性素子の積層方向で対向する第１面と第２面とを有し、
前記第１電極層は、前記第１面と電気的に接続され、
前記第１電極層には、前記第１誘電体が充填されたスリットがあり、
前記第１誘電体と前記第１電極層とは、前記コンデンサの少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の光検知素子。
【請求項3】
第１接続ビアと第２電極層とをさらに備え、
前記抵抗は、前記第１電極層から分岐して前記第１電極層と接続部において接続され、
前記抵抗は、前記第１電極層の前記接続部と前記第１接続ビアとの間にあり、
前記スリットは、前記磁性素子と前記接続部との間にあり、
前記第２電極層は、前記第２面及び前記第１接続ビアと電気的に接続され、前記第１接続ビアと前記抵抗とを介して前記第１電極層と電気的に接続されている、請求項２に記載の光検知素子。
前記抵抗は、前記第１電極層から分岐して前記第１電極層と接続部において接続され、
前記抵抗は、前記第１電極層の前記接続部と前記第１接続ビアとの間にあり、
前記スリットは、前記磁性素子と前記接続部との間にあり、
前記第２電極層は、前記第２面及び前記第１接続ビアと電気的に接続され、前記第１接続ビアと前記抵抗とを介して前記第１電極層と電気的に接続されている、請求項２に記載の光検知素子。
【請求項4】
前記磁性素子には、前記第１面側から前記光が照射される、請求項２又は３に記載の光検知素子。
【請求項5】
第３電極層と第２誘電体とをさらに備え、
前記磁性素子は、前記磁性素子の積層方向で対向する第１面と第２面とを有し、
前記磁性素子の積層方向において、前記第２誘電体の位置は、前記第３電極層と前記第２面との間にあり、
前記第２誘電体と前記第３電極層とは、前記コンデンサの少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の光検知素子。
前記磁性素子は、前記磁性素子の積層方向で対向する第１面と第２面とを有し、
前記磁性素子の積層方向において、前記第２誘電体の位置は、前記第３電極層と前記第２面との間にあり、
前記第２誘電体と前記第３電極層とは、前記コンデンサの少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の光検知素子。
【請求項6】
第２接続ビアと第４電極層とをさらに備え、
前記抵抗は、前記第３電極層から分岐して前記第３電極層と接続部において接続され、
前記抵抗は、前記接続部と前記第２接続ビアとの間にあり、
前記第４電極層は、前記第１面及び前記第２接続ビアと電気的に接続され、前記第２接続ビアと前記抵抗とを介して前記第３電極層と電気的に接続されている、請求項５に記載の光検知素子。
前記抵抗は、前記第３電極層から分岐して前記第３電極層と接続部において接続され、
前記抵抗は、前記接続部と前記第２接続ビアとの間にあり、
前記第４電極層は、前記第１面及び前記第２接続ビアと電気的に接続され、前記第２接続ビアと前記抵抗とを介して前記第３電極層と電気的に接続されている、請求項５に記載の光検知素子。
【請求項7】
前記磁性素子には、前記第１面側から前記光が照射される、請求項５又は６に記載の光検知素子。
【請求項8】
磁性素子と抵抗とインダクタとを備え、
前記磁性素子と前記抵抗とは、直列に接続され、
前記インダクタは、前記磁性素子と前記抵抗とに対して並列に接続され、
前記磁性素子は、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、
前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される、光検知素子。
前記磁性素子と前記抵抗とは、直列に接続され、
前記インダクタは、前記磁性素子と前記抵抗とに対して並列に接続され、
前記磁性素子は、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、
前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される、光検知素子。
【請求項9】
磁性素子と回路とを備え、
前記磁性素子は、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、
前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射され、
前記回路は、前記磁性素子に接続され、前記光信号により前記磁性素子から出力される出力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力し、
前記光信号を前記回路から出力される電圧に基づいて受信する、受信装置。
前記磁性素子は、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、
前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射され、
前記回路は、前記磁性素子に接続され、前記光信号により前記磁性素子から出力される出力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力し、
前記光信号を前記回路から出力される電圧に基づいて受信する、受信装置。
【請求項10】
前記回路は、前記磁性素子と直列に接続されたコンデンサと、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続された抵抗と、を備える、請求項９に記載の受信装置。
【請求項11】
前記回路は、前記磁性素子と直列に接続された抵抗と、前記磁性素子と前記抵抗とに対して並列に接続されたインダクタと、を備える、請求項９に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光検知素子及び受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
インターネットの普及に伴い通信量は飛躍的に増大しており、光通信の重要性が非常に高まっている。光通信は、電気信号を光信号に変換し、光信号を用いて送受信を行う通信手段である。
【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る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００１－２９２１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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ブレイクスルーが求められている。また新規な光検知素子の実使用を考慮した構成の検討が求められている。
【0006】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、実使用を考慮した新規な光検知素子及び受信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】
【0007】
上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【0008】
（１）第１の態様にかかる光検知素子は、磁性素子とコンデンサと抵抗とを備え、前記磁性素子と前記コンデンサとは、直列に接続され、前記抵抗は、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続され、前記磁性素子は、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、前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される。
【0009】
（２）上記態様にかかる光検知素子は、第１電極層と第１誘電体とをさらに備え、前記磁性素子は、前記磁性素子の積層方向で対向する第１面と第２面とを有し、前記第１電極層は、前記第１面と電気的に接続され、前記第１電極層には、前記第１誘電体が充填されたスリットがあり、前記第１誘電体と前記第１電極層とは、前記コンデンサの少なくとも一部を構成していてもよい。
【0010】
（３）上記態様にかかる光検知素子は、第１接続ビアと第２電極層とをさらに備え、前記抵抗は、前記第１電極層から分岐して前記第１電極層と接続部において接続され、前記抵抗は、前記第１電極層の前記接続部と前記第１接続ビアとの間にあり、前記スリットは、前記磁性素子と前記接続部との間にあり、前記第２電極層は、前記第２面及び前記第１接続ビアと電気的に接続され、前記第１接続ビアと前記抵抗とを介して前記第１電極層と電気的に接続されていてもよい。
【0011】
（４）上記態様にかかる光検知素子において、前記磁性素子には、前記第１面側から前記光が照射されてもよい。
【0012】
（５）上記態様にかかる光検知素子は、第３電極層と第２誘電体とをさらに備え、前記磁性素子は、前記磁性素子の積層方向で対向する第１面と第２面とを有し、前記磁性素子の積層方向において、前記第２誘電体の位置は、前記第３電極層と前記第２面との間にあり、前記第２誘電体と前記第３電極層とは、前記コンデンサの少なくとも一部を構成してもよい。
【0013】
（６）上記態様にかかる光検知素子は、第２接続ビアと第４電極層とをさらに備え、前記抵抗は、前記第３電極層から分岐して前記第３電極層と接続部において接続され、前記抵抗は、前記接続部と前記第２接続ビアとの間にあり、前記第４電極層は、前記第１面及び前記第２接続ビアと電気的に接続され、前記第２接続ビアと前記抵抗とを介して前記第３電極層と電気的に接続されていてもよい。
【0014】
（７）上記態様にかかる光検知素子において、前記磁性素子には、前記第１面側から前記光が照射されてもよい。
【0015】
（８）第２の態様にかかる光検知素子は、磁性素子と抵抗とインダクタとを備え、前記磁性素子と前記抵抗とは、直列に接続され、前記インダクタは、前記磁性素子と前記抵抗とに対して並列に接続され、前記磁性素子は、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、前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射される。
【0016】
（９）第３の態様にかかる受信装置は、磁性素子と回路とを備え、前記磁性素子は、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、前記磁性素子には、光強度変化を有する光信号を含む光が照射され、前記回路は、前記磁性素子に接続され、前記光信号により前記磁性素子から出力される出力電圧の時間当たりの変化量に対応した大きさの電圧を出力し、前記光信号を前記回路から出力される電圧に基づいて受信する。
【0017】
（１０）上記態様にかかる受信装置において、前記回路は、前記磁性素子と直列に接続されたコンデンサと、前記磁性素子と前記コンデンサとに対して並列に接続された抵抗と、を備えてもよい。
【0018】
（１１）上記態様にかかる受信装置において、前記回路は、前記磁性素子と直列に接続された抵抗と、前記磁性素子と前記抵抗とに対して並列に接続されたインダクタと、を備えてもよい。
【発明の効果】
【0019】
上記態様にかかる光検知素子及び受信装置は、新規な原理で光の強度変化を検知でき、実使用も考慮された構成を有する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】第１実施形態に係る受信装置のブロック図である。
【図2】第１実施形態に係る光検知素子の回路図である。
【図3】第１実施形態に係る光検知素子の特徴部分の平面図である。
【図4】第１実施形態に係る光検知素子の特徴部分の断面図である。
【図5】第１実施形態に係る光検知素子の特徴部分の断面図である。
【図6】第１実施形態に係る磁性素子の第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7】第１実施形態に係る磁性素子の第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8】ＣＲ回路に入力された入力電圧とＣＲ回路からの出力電圧の時間変化を示すグラフである。
【図9】第１実施形態に係る回路への入力電圧の時間変化と、第１実施形態に係る光検知素子からの出力電圧の時間変化との関係を示す。
【図10】第１実施形態に係る磁性素子の第２動作例を説明するための図である。
【図11】第１実施形態に係る絶対値回路の一例である。
【図12】第２実施形態に係る光検知素子の特徴部分の平面図である。
【図13】第２実施形態に係る光検知素子の特徴部分の断面図である。
【図14】第２実施形態に係る光検知素子の特徴部分の断面図である。
【図15】変形例に係る光検知素子の回路図である。
【図16】第３実施形態に係る光検知素子の回路図である。
【図17】第３実施形態に係る光検知素子の特徴部分の平面図である。
【図18】第３実施形態に係る光検知素子の特徴部分の断面図である。
【図19】第３実施形態に係る光検知素子の特徴部分の断面図である。
【図20】ＲＬ回路に入力された入力電圧とＲＬ回路からの出力電圧の時間変化を示すグラフである。
【図21】第１適用例に係る通信システムの概念図である。
【図22】第１適用例に係る送受信装置のブロック図である。
【図23】通信システムの別の例の概念図である。
【図24】通信システムの別の例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる受信装置２００のブロック図である。受信装置２００は、光検知素子１００と信号処理部１１０とを備える。
図１は、第１実施形態にかかる受信装置２００のブロック図である。受信装置２００は、光検知素子１００と信号処理部１１０とを備える。
【0024】
光検知素子１００は、光強度変化を有する光信号を含む光を電気信号に変換する。本明細書における光とは、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。
【0025】
信号処理部１１０は、光検知素子１００から受信した電気信号を処理する。信号処理部１１０は、例えば、信号受信部とプロセッサーとを有する。信号受信部は、信号処理部１１０の入力端子である。信号受信部は、入力端子に入力された信号を増幅する増幅器を備えてもよい。プロセッサーは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。信号処理部１１０は、処理したデータを保存するメモリを有してもよい。信号処理部１１０で処理されたデータは、外部に出力される。
【0026】
図２は、第１実施形態に係る光検知素子１００の回路図である。光検知素子１００は、例えば、磁性素子１０と回路２０と第１端子ｐ１と第２端子ｐ２とを備える。光検知素子１００は、光強度変化を有する光信号を含む光Ｌが磁性素子１０に照射されると、電気信号を出力する。光Ｌは、光強度変化を有する光信号を含む。光Ｌは強度変化を有する。
【0027】
第１端子ｐ１は、磁性素子１０との接続端子である。第１端子ｐ１には、電源８０が接続される。電源８０は、公知の物を用いることができる。電源８０は、例えば、一定の直流電流を発生可能な直流電流源でもよい。電源８０は、発生する直流電流値の大きさが変化可能な直流電流源でもよい。電源８０は、磁性素子１０へセンス電流Ｉｓを印加する。また電源８０と磁性素子１０との間には、インダクタ８１を設けてもよい。インダクタ８１には、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。磁性素子１０に外部から電流を流す必要が無い場合は、第１端子ｐ１および電源８０は無くてもよい。
【0028】
第２端子ｐ２は、光検知素子１００の出力端子である。光検知素子１００は、第２端子ｐ２から電気信号を出力する。第２端子ｐ２は、回路２０と信号処理部１１０とを接続する。光検知素子１００で検知された光信号は、電気信号に変換されて、第２端子ｐ２から信号処理部１１０に送られる。
【0029】
磁性素子１０は、後述する下部電極Ｅ２側が基準電位に接続されている。回路２０は、後述する抵抗Ｒが基準電位に接続されている。図２における基準電位は、グラウンドである。グラウンドは光検知素子１００の外部に設けてもよい。基準電位は、グラウンド以外でもよい。
【0030】
回路２０は、光信号を含む光Ｌの照射により磁性素子１０から出力される出力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力する回路である。回路２０に入力される入力電圧は、光信号を含む光Ｌの照射により磁性素子１０から出力される出力電圧に対応する。磁性素子１０から出力される出力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧は、例えば、時間を横軸、磁性素子１０から出力される出力電圧を縦軸としたグラフの傾きに対応する。回路２０は、例えば、回路２０に入力された入力電圧を時間微分した値に対応した電圧を出力する微分回路である。
【0031】
回路２０は、例えば、図２に示すようにコンデンサＣと抵抗Ｒとを含むＣＲ回路である。ＣＲ回路は、コンデンサＣの容量と抵抗Ｒの抵抗値とを調整することで、微分回路とほぼ同様に、ＣＲ回路に入力される入力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力する。コンデンサＣは、基準電位と第２端子ｐ２との間で、磁性素子１０と直列に接続されている。抵抗Ｒは、基準電位と第２端子ｐ２との間で、直列に接続された磁性素子１０とコンデンサＣとに対して並列に接続されている。磁性素子１０、コンデンサＣ及び抵抗Ｒを含む経路で見ると、磁性素子１０、コンデンサＣ及び抵抗Ｒは、この順で直列に接続されている。
【0032】
図３は、第１実施形態に係る光検知素子１００の特徴部分の平面図である。図３では、後述する絶縁層９０、下部電極Ｅ２等の一部の構成を省略している。図４及び図５は、第１実施形態に係る光検知素子１００の特徴部分の断面図である。図４は、図３のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【0033】
光検知素子１００は、例えば、磁性素子１０と上部電極Ｅ１と下部電極Ｅ２と第１電極層２１と第１誘電体２２と抵抗２３と接続電極２４と第１接続ビア２５と第２電極層２６と絶縁層９０とを備える。
【0034】
磁性素子１０は、照射される光Ｌの強度が変化すると、光Ｌの強度の変化に応じてｚ方向の抵抗値が変化する。磁性素子１０のｚ方向の抵抗値が変化すると、磁性素子１０からの出力電圧が変化する。そのため、磁性素子１０に照射される光Ｌの強度が変化すると、光Ｌの強度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。磁性素子１０は、ｚ方向で対向する第１面１０Ａと第２面１０Ｂとを有している。スペーサ層３から見て、第１面１０Ａは、磁性素子１０の第１強磁性層１側の面であり、第２面１０Ｂは、磁性素子１０の第２強磁性層２側の面である。
【0035】
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。磁性素子１０は、外部からの光Ｌが照射されると抵抗値が変化する。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。
【0036】
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、所定の外部からのエネルギー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。所定の外部からのエネルギーは、例えば、外部から照射される光、磁性素子１０の積層方向に流れる電流、外部磁場である。第１強磁性層１の磁化は、照射される光の強度に応じて状態が変化する。
【0037】
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。一般的に、「強磁性」は「フェリ磁性」を含む。第１強磁性層１は、フェリ磁性を示してもよい。一方、第１強磁性層１は、フェリ磁性ではない強磁性を示してもよい。例えば、ＣｏＦｅＢ合金は、フェリ磁性ではない強磁性を示す。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。第２強磁性層１２の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。
【0043】
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と０．４ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＰｔとが交互に数回積層された多層膜でもよい。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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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スペーサ層３の材料として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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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と下部電極Ｅ２との間にある。下地層は、シード層又はバッファ層である。
【0053】
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、Ｚｒ及びＣｒからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む金属又は、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＣｕからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む窒化物である。より具体的には、バッファ層は、例えば、Ｔａ（単体）、ＮｉＣｒ合金、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＣｕＮ（窒化銅）である。バッファ層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。バッファ層は、例えば、非晶質である。バッファ層は、例えば、シード層と下部電極Ｅ２との間に位置し、下部電極Ｅ２に接する。バッファ層は、下部電極Ｅ２の結晶構造が第２強磁性層２の結晶構造に影響を及ぼすことを抑制する。
【0054】
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、バッファ層上にある。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。
【0055】
キャップ層は、第１強磁性層１と上部電極Ｅ１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。
【0056】
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。
【0057】
磁性素子１０には、第１面１０Ａ側から光Ｌが照射される。上部電極Ｅ１は、例えば、磁性素子１０の第１面１０Ａ側に配置される。光Ｌは、上部電極Ｅ１側から磁性素子１０に照射され、少なくとも第１強磁性層１に照射される。例えば、上部電極Ｅ１は、磁性素子１０の第１面１０Ａに接する。上部電極Ｅ１は、第１電極層２１と接する。上部電極Ｅ１と第１電極層２１とは一体化していてもよい。上部電極Ｅ１は、第１端子ｐ１を介して電源８０と接続される。
【0058】
上部電極Ｅ１は、導電性を有する材料からなる。上部電極Ｅ１は、例えば、使用波長帯域の光に対して透過性を有する透明電極である。上部電極Ｅ１は、例えば、使用波長帯域の光の８０％以上を透過することが好ましい。上部電極Ｅ１は、例えば、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）等の酸化物である。上部電極Ｅ１は、これらの酸化物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。上部電極Ｅ１として上記のような透明電極材料を用いることは必須ではなく、Ａｕ、ＣｕまたはＡｌなどの金属材料を薄い膜厚で用いることで、照射される光を第１強磁性層１に到達させるようにしてもよい。上部電極Ｅ１の材料として金属を用いる場合、上部電極Ｅ１の膜厚は、例えば、３～１０ｎｍである。また上部電極Ｅ１は、光が照射される照射面に反射防止膜を有してもよい。
【0059】
下部電極Ｅ２は、磁性素子１０を挟んで上部電極Ｅ１と反対側にある。例えば、下部電極Ｅ２は、磁性素子１０の第２面１０Ｂに接する。下部電極Ｅ２は、第２電極層２６と接する。図４に示すように、下部電極Ｅ２は、第２電極層２６の一部でもよい。
【0060】
下部電極Ｅ２は、導電性を有する材料からなる。下部電極Ｅ２は、例えば、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕ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、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、下部電極Ｅ２として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。下部電極Ｅ２の膜厚は、例えば２００ｎｍ～８００ｎｍである。
【0061】
下部電極Ｅ２は、磁性素子１０に照射される光に対して透過性を有するようにしてもよい。下部電極Ｅ２の材料として、上部電極Ｅ１と同様に、例えば、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用いてもよい。上部電極Ｅ１のほうから光が照射される場合においても、光の強度によっては光が下部電極Ｅ２まで到達する場合もありうるが、この場合、下部電極Ｅ２が酸化物の透明電極材料を含んで構成されていることで、下部電極Ｅ２が金属で構成されている場合に比べて、下部電極Ｅ２とそれに接する層との界面における光の反射を抑制できる。
【0062】
第１電極層２１は、磁性素子１０の第１面１０Ａと電気的に接続されている。例えば図４に示すように、第１電極層２１は、上部電極Ｅ１を介して第１面１０Ａと電気的に接続されている。例えば図４、５に示すように、第１電極層２１は、ｚ方向における位置が、磁性素子１０よりも第１面１０Ａ側（＋ｚ方向側）になるように配置されている。第１電極層２１は、導電性を有する材料からなる。第１電極層２１は、例えば、Ｃｕ、ＡｌまたはＡｕなどの金属により構成される。また、第１電極層２１は、回路２０の出力電圧を出力する電極であり、第２端子ｐ２を介して信号処理部１１０と接続される。
【0063】
第１電極層２１は、スリットＳＬを有する。ｚ方向からの平面視において、スリットＳＬの長手方向は、磁性素子１０と第２端子ｐ２とを繋ぐ線分と交差する方向になっている。スリットＳＬの内部は、第１誘電体２２で充填されている。第１誘電体２２は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。第１誘電体２２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【0064】
第１誘電体２２と第１電極層２１とは、図２で示すコンデンサＣの少なくとも一部を構成する。スリットＳＬを挟む第１電極層２１はコンデンサＣの極板に対応し、第１誘電体２２は極板間の誘電体に対応する。例えば、第１誘電体２２の材料として比誘電率が３．８の酸化シリコンを用い、第１電極層２１のｚ方向の厚さを０．８μｍ、ｙ方向の幅を５μｍ、スリットＳＬのｘ方向の幅を０．１μｍとすると、コンデンサＣの容量値を０．００１ｐＦとすることができる。
【0065】
第１電極層２１は、例えば、磁性素子１０（上部電極１Ｅ）と第２端子ｐ２との間に接続部２１Ａを有する。接続部２１Ａは、第１電極層２１に抵抗２３が接続される部分である。接続部２１Ａは、例えば、ｚ方向からの平面視において、磁性素子１０と第２端子ｐ２とを繋ぐ線分と交差する方向に突出して設けられている。スリットＳＬは、例えば、磁性素子１０と接続部２１Ａとの間にある。
【0066】
抵抗２３は、図２の抵抗Ｒを構成する。抵抗２３は、第１電極層２１から分岐して第１電極層２１と接続部２１Ａにおいて接続されている。抵抗２３は、第１電極層２１の接続部２１Ａと第１接続ビア２５との間にある。抵抗２３は、例えば、接続部２１Ａと接続電極２４とを接続し、第１電極層２１及び第１接続ビア２５とに電気的に接続されている。抵抗２３は、求められる抵抗値に合わせて材料、断面積等を設計できる。抵抗２３には、例えば、ＮｉＣｒ合金、Ｔａ、Ｔｉ、ＴａＮ、Ｔａ２Ｎ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＳｎＯ２、ＣｒＳｉＯ、ＲｕＯ２などの金属、金属窒化物または金属酸化物を材料として用いることができる。例えば、抵抗２３の材料として体積抵抗率が１μΩｍのＮｉＣｒ合金を用い、抵抗２３のｚ方向の厚さを０．０１μｍ、ｘ方向の幅を１μｍ、ｙ方向の長さを１０μｍとすると、抵抗２３の抵抗値を１０００Ωとすることができる。
【0067】
接続電極２４は、抵抗２３と第１接続ビア２５とを繋ぐ。接続電極２４は無くてもよく、抵抗２３が第１接続ビア２５と直接接続されていてもよい。接続電極２４には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【0068】
第１接続ビア２５は、絶縁層９０をｚ方向に貫通する。第１接続ビア２５は、抵抗２３と第２電極層２６とを電気的に接続する。第１接続ビア２５は、例えば、接続電極２４と第２電極層２６とを接続する。第１接続ビア２５には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【0069】
第２電極層２６は、磁性素子１０の第２面１０Ｂ及び第１接続ビア２５と電気的に接続されている。例えば図４、５に示すように、第２電極層２６は、ｚ方向における位置が、磁性素子１０よりも第２面１０Ｂ側（－ｚ方向側）になるように配置されている。第２電極層２６は、第１接続ビア２５と抵抗２３とを介して第１電極層２１と電気的に接続されている。第２電極層２６は、基準電位に接続されており、例えば接地されている。第２電極層２６は、例えば、ｘｙ面に沿って広がる形状を有している。第２電極層２６には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【0070】
絶縁層９０は、多層配線の配線間や素子間を絶縁する絶縁体である。絶縁層９０は、磁性素子１０の周囲を覆う。絶縁層９０は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。絶縁層９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【0071】
次いで、第１実施形態に係る光検知素子１００の動作について説明する。磁性素子１０の第１強磁性層１には、光強度変化を有する光信号を含む光Ｌが照射される。光Ｌが含む光信号は、少なくとも２段階の強度を有する。磁性素子１０の積層方向の第１強磁性層１側にレンズを配置して、レンズを介して第１強磁性層１に集光した光が照射されるようにしてもよい。
【0072】
磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、光信号を含む光Ｌの第１強磁性層１への照射により変化する。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強度は、第１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。
【0073】
図６及び図７は、磁性素子１０の第１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。
【0074】
まず第１強磁性層１に第１強度の光が充分な時間継続的に照射された状態（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、上部電極Ｅ１と下部電極Ｅ２との間に発生する。
【0075】
図６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。図６に示す例では、初期状態において磁化Ｍ１の方向と磁化Ｍ２の方向とが共に＋ｚ方向となっている。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。
【0076】
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１強磁性層１に第２強度の光が照射されている状態における第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。
【0077】
例えば、図６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７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。
【0078】
第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から変化すると、磁性素子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。
【0079】
図６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、磁化Ｍ１は磁化Ｍ２と平行状態に戻る。図７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の大きさは初期状態の大きさに戻る。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、磁性素子１０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。
【0080】
磁性素子１０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磁性素子１０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、磁性素子１０は、光を電気信号に置き換えることができる。
【0081】
図６、７および後述する図９に示すように、第１動作例において、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、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は第２抵抗値Ｒ２から第１抵抗値Ｒ１へ変化する。発明者は、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値が第１抵抗値Ｒ１から第２抵抗値Ｒ２へ変化し、磁性素子１０からの出力電圧の大きさが第２の値から第１の値へ変化するのに要する時間が、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強度に変化するのに要する時間よりも長くなることを見出した。発明者は、第１強磁性層１への光の照射による磁化Ｍ１の状態の変化は、光の照射による電子熱の発生によるものと考えている。また発明者は、第１強磁性層１に照射される光の強度が小さくなる場合は、格子熱の熱緩和に時間を要し、磁化Ｍ１の状態の変化に時間を要すると考えている。
【0082】
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。初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行な場合は、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。
【0083】
第１強磁性層１に照射された光信号を含む光Ｌは、磁性素子１０で電気信号に置き換えられ、回路２０に入力される。
【0084】
図８は、ＣＲ回路に入力された入力電圧ＶｉｎとＣＲ回路からの出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示すグラフである。図８では、ＣＲ回路の抵抗Ｒの抵抗値を１０００Ω、コンデンサＣの容量値を０．００１ｐＦとし、入力電圧Ｖｉｎの周波数を１０ＧＨｚとした。図８に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎの時間あたりの変化量の絶対値が大きい部分に対応して絶対値の大きな値を示し、入力電圧Ｖｉｎの時間あたりの変化量の絶対値が小さい部分（図８の例では、時間あたりの変化量がゼロの部分）に対応して絶対値の小さな値を示す。つまり、ＣＲ回路は、コンデンサＣの容量値と抵抗Ｒの抵抗値とを調整することで、微分回路とほぼ同様に、入力電圧Ｖｉｎの時間あたりの変化量に対応した電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。ＣＲ回路において、コンデンサＣの容量値と抵抗Ｒの抵抗値との積が時定数となり、この時定数の値によって入力電圧Ｖｉｎの時間変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化の様子が変化する。この時定数は、例えば、入力電圧Ｖｉｎの周波数に応じて設定される。例えば、時定数が、入力電圧Ｖｉｎの周波数の逆数である周期の半分よりも小さくなるように、コンデンサＣの容量値と抵抗Ｒの抵抗値とが設定される。図８の例では、時定数は、０．００１［ｐＦ］×１０００［Ω］＝１［ｐｓ］であり、入力電圧Ｖｉｎの半周期の長さである５０ｐｓよりも小さくなっている。
【0085】
第１実施形態に係る光検知素子１００における回路２０は、ＣＲ回路である。すなわち、図８に示す入力電圧Ｖｉｎは、磁性素子１０からの出力電圧に対応し、図８に示す出力電圧Ｖｏｕｔは、回路２０からの出力電圧（光検知素子１００からの出力電圧）に対応する。
【0086】
図９は、磁性素子１０の第１動作例における、磁性素子１０に照射される光の強度の時間変化と、回路２０への入力電圧Ｖｉｎ（磁性素子１０からの出力電圧）の時間変化と、回路２０からの出力電圧の時間変化との関係を示す。図９の最も上の図は、磁性素子１０に照射される光の強度の時間変化を示す。図９の上から２番目の図は、磁性素子１０からの出力電圧の時間変化を示す。図９の最も下の図は、回路２０からの出力電圧の時間変化を示す。
【0087】
図９に示すように、回路２０への入力電圧Ｖｉｎ（磁性素子１０からの出力電圧）が大きくなる際に、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔは大きな正の値を示し、回路２０への入力電圧Ｖｉｎ（磁性素子１０からの出力電圧）が小さくなる際に、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔは絶対値の大きな負の値を示す。
【0088】
そのため、受信装置２００は、例えば、回路２０からの出力電圧が閾値を超える場合に第１信号（例えば、“１”）から第２信号（例えば、“０”）に切り替わったと判断し、回路２０からの出力電圧が閾値より小さい場合に第２信号（例えば、“０”）から第１信号（例えば、“１”）に切り替わったと判断し、回路２０からの出力電圧が閾値の範囲内の場合に前の信号と同じ信号である（第１信号（例えば、“１”）のままである、または第２信号（例えば、“０”）のままである）と判断することができる。また、受信装置２００は、回路２０からの出力電圧の絶対値を求めることで、出力電圧の絶対値が閾値以上になった場合に光Ｌの強度が変化したと判断し、出力電圧の絶対値が閾値未満である場合に光Ｌの強度が変化していないと判断することもできる。
【0089】
ここまで光検知素子１００の動作の一例を示したが、光検知素子１００の動作はこの例に限られるものではない。
【0090】
図１０は、第１実施形態に係る磁性素子１０の第２動作例を説明するための図である。図１０の最も上のグラフは、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１０の上から２番目のグラフは、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。図１０の上から３番目のグラフは、縦軸が回路２０への入力電圧Ｖｉｎ（磁性素子１０からの出力電圧）であり、横軸が時間である。図１０の上から４番目のグラフは、縦軸が回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔであり、横軸が時間である。図１０の上から５番目のグラフは、縦軸が回路２０からの出力電圧の絶対値｜Ｖｏｕｔ｜であり、横軸が時間である。
【0091】
第２動作例では、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）が所定時間内に変化することを第１信号（例えば、“１”）とし、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）が所定時間内に変化しないことを第２信号（例えば、“０”）として処理する。所定時間は、光信号の変調周波数によって決定される。
【0092】
まず磁性素子１０に照射される光信号を規定する。光信号は、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強度に変化する場合を第１信号（例えば、“１”）とし、第１強磁性層１に照射される光の強度が所定時間の間に亘って第１強度で維持される場合を第２信号（例えば、“０”）とする。第１強度から第２強度に変化した光の強度は、一定時間経過後に第１強度に戻る。
【0093】
光信号は、磁性素子１０の第１強磁性層１に照射される。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、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は反転する。なお、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強度に戻る場合は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は反転しない。磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、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、低抵抗ＲＬから高抵抗ＲＨ又は高抵抗ＲＨから低抵抗ＲＬに変化する。すなわち、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、第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層２の磁化Ｍ２とが平行であるか、反平行であるかによらず、いずれの場合でも磁性素子１０の抵抗値、すなわち磁性素子１０からの出力電圧は変化する。すなわち、光信号として第１信号（例えば、“１”）の情報が入力された際に、磁性素子１０からの出力電圧（磁性素子１０の抵抗値）は変化する。
【0094】
これに対し、磁性素子１０の第１強磁性層１に光が照射されない又は照射される光の強度が小さい場合は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１はその状態を維持する。そのため、第１強磁性層１に照射される光の強度が所定時間の間に亘って第１強度で維持される場合は、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値、すなわち磁性素子１０からの出力電圧は変化しない。すなわち、光信号として第２信号（例えば、“０”）の情報が入力された際に、磁性素子１０からの出力電圧（磁性素子１０の抵抗値）は変化しない。
【0095】
磁性素子１０からの出力電圧は、回路２０に入力される。磁性素子１０からの出力電圧が大きくなる際に、光検知素子１００の出力電圧Ｖｏｕｔは大きな正の値を示し、磁性素子１０の出力電圧が小さくなる際に、光検知素子１００の出力電圧Ｖｏｕｔは絶対値の大きな負の値を示す。
【0096】
そのため、受信装置２００は、例えば、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値｜Ｖｏｕｔ｜が閾値を超える場合を第１信号（例えば、“１”）と判断し、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値｜Ｖｏｕｔ｜が所定時間の間に亘って閾値より小さい場合を第２信号（例えば、“０”）と判断することができる。
【0097】
ここで出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値｜Ｖｏｕｔ｜を求める際に、回路２０と第２端子ｐ２との間に絶対値回路７０を設けてもよい。図１１は、第１実施形態に係る絶対値回路の一例である。図１１に示す絶対値回路７０は、オペアンプＡ１、Ａ２と抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とダイオードＤ１とを有する。絶対値回路７０の入力端子７１には、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔが入力され、絶対値回路７０の出力端子７２から、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値｜Ｖｏｕｔ｜が出力される。この場合、受信装置２００は、例えば、回路２０からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づく絶対値回路７０からの出力電圧（光検知素子１００からの出力電圧）が閾値を超える場合を第１信号（例えば、“１”）と判断し、絶対値回路７０からの出力電圧（光検知素子１００からの出力電圧）が所定時間の間に亘って閾値より小さい場合を第２信号（例えば、“０”）と判断することができる。
【0098】
なお、第２動作例において、光検知素子に流すセンス電流の方向は、第１強磁性層１から第２強磁性層２に向かう方向でも、第２強磁性層２から第１強磁性層１に向かう方向でもよい。第２動作例においては、センス電流によるスピントランスファートルクがあまり大きくならないように、センス電流の値は小さいことが好ましい。また、初期状態において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層２の磁化Ｍ２とが平行であるか、反平行であるかは第２動作例では問わない。
【0099】
第１実施形態にかかる受信装置２００は、光信号を回路２０から出力される電圧に基づいて受信する。また第１実施形態にかかる光検知素子１００及び受信装置２００は、新規な原理で光の強度変化を検知でき、実使用も考慮された構成を有している。
【0100】
磁性素子１０の第１動作例においては、図９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２強度から第１強度に変化した際に、磁性素子１０からの出力電圧の大きさが第２の値から第１の値へ変化するのに要する時間が長いため、光信号の周波数が高い場合に、磁性素子１０からの出力電圧が第１の値まで十分に戻らない場合がある。すなわち、例えば、本来、第２信号（例えば、“０”）と判断すべきところを第１信号（例えば、“１”）と誤認する場合がある。これに対し、図９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２強度から第１強度に変化した際に、磁性素子１０からの出力電圧の時間当たりの変化量は、光の強度が変化した直後が最も大きいため、光の強度が変化した直後に絶対値の大きな出力電圧が回路２０から得られる。つまり、光信号を回路２０からの出力電圧に基づいて受信する場合は、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、光の強度が変化した直後の絶対値の大きな出力電圧に基づいて光信号の強度変化を判断することができるため、磁性素子１０の第１動作例において光信号の周波数が高い場合でもエラーが生じにくい。
【0101】
「第２実施形態」
第２実施形態に係る受信装置は、光検知素子の構成が、第１実施形態に係る受信装置２００と異なる。
第２実施形態に係る受信装置は、光検知素子の構成が、第１実施形態に係る受信装置２００と異なる。
【0102】
図１２は、第２実施形態に係る光検知素子１０１の特徴部分の平面図である。図１２では、後述する絶縁層９０、第４電極層３６等の一部の構成を省略している。図１３及び図１４は、第２実施形態に係る光検知素子１０１の特徴部分の断面図である。図１３は、図１２のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図である。図１４は、図１２のＤ－Ｄ線に沿って切断した断面図である。
【0103】
光検知素子１０１は、例えば、磁性素子１０と上部電極Ｅ１と下部電極Ｅ２と第３電極層３１と第２誘電体３２と抵抗３３と接続電極３４と第２接続ビア３５と第４電極層３６と絶縁層９０とを備える。光検知素子１０１において、光検知素子１００と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。
【0104】
上部電極Ｅ１は、例えば、磁性素子１０の第１面１０Ａに接する。上部電極Ｅ１は、第４電極層３６と接する。上部電極Ｅ１と第４電極層３６とは一体化していてもよい。上部電極Ｅ１は、例えば、その一部が、第４電極層３６に形成された開口の中に埋め込まれている。
【0105】
下部電極Ｅ２は、例えば、磁性素子１０の第２面１０Ｂに接する。下部電極Ｅ２は、第１端子ｐ１を介して電源８０と接続される。下部電極Ｅ２の一部は、第３電極層３１の一部との間で第２誘電体３２を挟んで対向する。
【0106】
第３電極層３１は、例えば図１３、１４に示すように、ｚ方向における位置が、磁性素子１０よりも第２面１０Ｂ側（－ｚ方向側）になるように配置されている。第３電極層３１の一部は、下部電極Ｅ２の一部との間で第２誘電体３２を挟んで対向する。第３電極層３１には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。第２誘電体３２には、第１誘電体２２で例示した材料と同様の材料を用いることができる。第２誘電体３２のｚ方向の位置は、第３電極層３１と磁性素子１０の第２面１０Ｂとの間にある。第２誘電体３２は、絶縁層９０の一部でもよく、例えば、絶縁層９０のうち下部電極Ｅ２及び第３電極層３１とｚ方向に重なる部分である。第３電極層３１は、回路２０の出力電圧を出力する電極であり、第２端子ｐ２を介して信号処理部１１０と接続される。
【0107】
第２誘電体３２と第３電極層３１とは、図２で示すコンデンサＣの少なくとも一部を構成する。第３電極層３１と下部電極Ｅ２とはコンデンサＣの極板に対応し、第２誘電体３２は極板間の誘電体に対応する。例えば、第２誘電体３２の材料として比誘電率が３．８の酸化シリコンを用い、下部電極Ｅ２と第３電極層３１との間のｚ方向の間隔を０．１μｍ、下部電極Ｅ２と第３電極層３１とがｚ方向において重なる部分のｘ方向の長さを０．８μｍ、ｙ方向の長さ５μｍとすると、コンデンサＣの容量値を０．００１ｐＦとすることができる。
【0108】
磁性素子１０に外部から電流を流す必要が無く、第１端子ｐ１および電源８０が必要ない場合は、下部電極Ｅ２は無くてもよい。下部電極Ｅ２が無い場合、第３電極層３１の一部は、磁性素子１０とｚ方向に重なるように配置される。この場合、第２誘電体３２は、ｚ方向において磁性素子１０と第３電極層３１との間に挟まれるように配置され、磁性素子１０の第２面１０Ｂ側の層と第３電極層３１とがコンデンサＣの極板に対応し、第２誘電体３２は極板間の誘電体に対応する。
【0109】
第３電極層３１は、例えば、磁性素子１０（第２誘電体３２）と第２端子ｐ２との間に接続部３１Ａを有する。接続部３１Ａは、第３電極層３１に抵抗３３が接続される部分である。接続部３１Ａは、例えば、ｚ方向からの平面視において、磁性素子１０と第２端子ｐ２とを繋ぐ線分と交差する方向に突出して設けられている。
【0110】
抵抗３３は、図２の抵抗Ｒを構成する。抵抗３３は、第３電極層３１から分岐して第３電極層３１と接続部３１Ａにおいて接続されている。抵抗３３は、第３電極層３１の接続部３１Ａと第２接続ビア３５との間にある。抵抗３３は、例えば、接続部３１Ａと接続電極３４とを接続し、第３電極層３１及び第２接続ビア３５とに電気的に接続されている。抵抗３３は、求められる抵抗値に合わせて材料、断面積等を設計できる。抵抗３３には、抵抗２３で例示した材料と同様の材料を用いることができる。例えば、抵抗３３の材料として体積抵抗率が１μΩｍのＮｉＣｒ合金を用い、抵抗２３のｚ方向の厚さを０．０１μｍ、ｘ方向の幅を１μｍ、ｙ方向の長さを１０μｍとすると、抵抗２３の抵抗値を１０００Ωとすることができる。
【0111】
接続電極３４は、抵抗３３と第２接続ビア３５とを繋ぐ。接続電極３４は無くてもよく、抵抗３３が第２接続ビア３５と直接接続されていてもよい。接続電極３４には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【0112】
第２接続ビア３５は、絶縁層９０をｚ方向に貫通する。第２接続ビア３５は、抵抗３３と第４電極層３６とを電気的に接続する。第２接続ビア３５は、例えば、接続電極３４と第４電極層３６とを接続する。第２接続ビア３５には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【0113】
第４電極層３６は、磁性素子１０の第１面１０Ａ及び第２接続ビア３５と電気的に接続されている。例えば図１３、１４に示すように、第４電極層３６は、ｚ方向における位置が、磁性素子１０よりも第１面１０Ａ側（＋ｚ方向側）になるように配置されている。第４電極層３６は、第２接続ビア３５と抵抗３３とを介して第３電極層３１と電気的に接続されている。第４電極層３６は、基準電位に接続されており、例えば接地されている。第４電極層３６は、例えば、ｘｙ面に沿って広がる形状を有している。第４電極層３６には、第１電極層２１で例示した材料と同様の材料を用いることができる。
【0114】
光検知素子１０１の回路図は図２に示す光検知素子１００の回路図と同じであり、第２実施形態に係る受信装置は、第１実施形態に係る受信装置と同様の動作をする。また第２実施形態に係る受信装置は、第１実施形態に係る受信装置２００と同様の効果を奏する。
【0115】
ここまで、第１実施形態及び第２実施形態では、回路２０がＣＲ回路の場合を例示したが、回路２０は、光信号により磁性素子１０から出力される出力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力する回路であれば、これに限られるものではない。
【0116】
例えば、図１５に示す光検知素子１０２のように、回路２０はオペアンプを有する回路でもよい。図１５に示す回路２０は、オペアンプＡｍと抵抗ＲとコンデンサＣとを有する。図１５に示す回路２０は、回路２０に入力された入力電圧を時間微分した値に対応した電圧を出力する微分回路である。
【0117】
「第３実施形態」
第３実施形態に係る受信装置は、光検知素子の構成が、第１実施形態に係る受信装置２００と異なる。
第３実施形態に係る受信装置は、光検知素子の構成が、第１実施形態に係る受信装置２００と異なる。
【0118】
図１６は、第３実施形態に係る光検知素子１０３の回路図である。光検知素子１０３は、例えば、磁性素子１０と回路４０と第１端子ｐ１と第２端子ｐ２とを備える。光検知素子１０３において、光検知素子１００と同様の構成には同様の符号を付し説明を省く。
【0119】
回路４０は、光信号を含む光Ｌの照射により磁性素子１０から出力される出力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力する回路である。回路４０に入力される入力電圧は、光信号を含む光Ｌの照射により磁性素子１０から出力される出力電圧に対応する。回路４０は、例えば、回路４０に入力された入力電圧を時間微分した値に対応した電圧を出力する微分回路である。
【0120】
回路４０は、例えば、図１６に示すように抵抗ＲとインダクタＬ’を含むＲＬ回路である。ＲＬ回路は、抵抗Ｒの抵抗値とインダクタＬ’のインダクタンスとを調整することで、微分回路とほぼ同様に、ＲＬ回路に入力される入力電圧の時間あたりの変化量に対応した大きさの電圧を出力する。抵抗Ｒは、基準電位と第２端子ｐ２との間で、磁性素子１０と直列に接続されている。インダクタＬ’は、基準電位と第２端子ｐ２との間で、直列に接続された磁性素子１０と抵抗Ｒとに対して並列に接続されている。磁性素子１０、抵抗Ｒ及びインダクタＬ’を含む経路で見ると、磁性素子１０、抵抗Ｒ及びインダクタＬ’は、この順で直列に接続されている。
【0121】
図１７は、第３実施形態に係る光検知素子１０３の特徴部分の平面図である。図１７では、インダクタＬ’、後述する絶縁層９０、下部電極Ｅ２等の一部の構成を省略している。図１８及び図１９は、第１実施形態に係る光検知素子１０３の特徴部分の断面図である。図１８は、図１７のＥ－Ｅ線に沿って切断した断面図である。図１９は、図１７のＦ－Ｆ線に沿って切断した断面図である。
【0122】
光検知素子１０３は、例えば、磁性素子１０と上部電極Ｅ１と下部電極Ｅ２と第１電極層４１と抵抗４３と第１接続電極４２と第２接続電極４４と第１接続ビア４５と第２電極層４６と絶縁層９０とを備える。
【0123】
磁性素子１０は、第１実施形態に係る磁性素子１０と同じである。上部電極Ｅ１は、例えば、磁性素子１０の第１面１０Ａ側に配置され、磁性素子１０の第１面１０Ａと第１電極層４１とに接する。上部電極Ｅ１と第１電極層４１とは一体化していてもよい。下部電極Ｅ２は、例えば、磁性素子１０の第２面１０Ｂ側に配置され、磁性素子１０の第２面１０Ｂと第２電極層４６とに接する。下部電極Ｅ２は、第２電極層４６の一部でもよい。
【0124】
第１電極層４１は、磁性素子１０の第１面１０Ａと電気的に接続されている。例えば図１８に示すように、第１電極層４１は、上部電極Ｅ１を介して第１面１０Ａと電気的に接続されている。第１電極層４１には、第１実施形態の第１電極層２１の材料として例示したものと同じものを用いることができる。第１電極層４１は、抵抗４３に接続されている。
【0125】
抵抗４３は、図１６の抵抗Ｒを構成する。抵抗４３には、第１実施形態の抵抗２３の材料として例示したものと同じものを用いることができる。抵抗４３は、第１電極層４１と第１接続電極４２とを接続する。抵抗４３は、求められる抵抗値に合わせて材料、断面積等を設計できる。例えば、抵抗４３の材料として体積抵抗率が１μΩｍのＮｉＣｒ合金を用い、抵抗４３のｚ方向の厚さを０．４μｍ、ｘ方向の長さを２μｍ、ｙ方向の幅を１μｍとすると、抵抗４３の抵抗値を５Ωとすることができる。
【0126】
第１接続電極４２は、抵抗４３とインダクタＬ’とを接続する。第１接続電極４２には、第１実施形態の第１電極層２１の材料として例示したものと同じものを用いることができる。第１接続電極４２は、パッド４２Ａを有する。パッド４２Ａには、インダクタＬ’が接続される。インダクタＬ’には、例えばチップインダクタを用いることができる。インダクタＬ’のインダクタンス値は、例えば、０．１ｍＨである。
【0127】
第２接続電極４４は、インダクタＬ’と第１接続ビア４５とを接続する。第２接続電極４４には、第１実施形態の第１電極層２１の材料として例示したものと同じものを用いることができる。第２接続電極４４は、パッド４４Ａを有する。パッド４４Ａには、インダクタＬ’が接続される。
【0128】
第１接続ビア４５は、絶縁層９０をｚ方向に貫通する。第１接続ビア４５は、第２接続電極４４（パッド４４Ａ）と第２電極層４６とを電気的に接続する。第１接続ビア４５には、第１実施形態の第１電極層２１の材料として例示したものと同じものを用いることができる。
【0129】
第２電極層４６は、磁性素子１０の第２面１０Ｂ及び第１接続ビア４５と電気的に接続されている。第２電極層４６は、基準電位に接続されており、例えば接地されている。第２電極層４６は、例えば、ｘｙ面に沿って広がる形状を有している。第２電極層４６には、第１実施形態の第１電極層２１の材料として例示したものと同じものを用いることができる。
【0130】
次いで、第３実施形態に係る光検知素子１０３の動作について説明する。磁性素子１０の第１強磁性層１には、光強度変化を有する光信号を含む光Ｌが照射される。第１強磁性層１に照射された光信号を含む光Ｌは、磁性素子１０で電気信号に置き換えられ、回路４０に入力される。
【0131】
図２０は、ＲＬ回路に入力された入力電圧ＶｉｎとＲＬ回路からの出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化を示すグラフである。図２０では、ＲＬ回路の抵抗Ｒの抵抗値を５Ω、インダクタＬ’のインダクンス値を０．１ｍＨとし、入力電圧Ｖｉｎの周波数を５ｋＨｚとした。図２０に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎの時間あたりの変化量の絶対値が大きい部分に対応して絶対値の大きな値を示し、入力電圧Ｖｉｎの時間あたりの変化量の絶対値が小さい部分（図２０の例では、時間あたりの変化量がゼロの部分）に対応して絶対値の小さな値を示す。つまり、ＲＬ回路は、インダクタＬ’のインダクタンス値と抵抗Ｒの抵抗値とを調整することで、微分回路とほぼ同様に、入力電圧Ｖｉｎの時間あたりの変化量に対応した電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する。ＲＬ回路において、インダクタＬ’のインダクタンス値を抵抗Ｒの抵抗値で割った値が時定数となり、この時定数の値によって入力電圧Ｖｉｎの時間変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの時間変化の様子が変化する。この時定数は、例えば、入力電圧Ｖｉｎの周波数に応じて設定される。例えば、時定数が、入力電圧Ｖｉｎの周波数の逆数である周期の半分よりも小さくなるように、インダクタＬ’のインダクタンス値と抵抗Ｒの抵抗値とが設定される。図２０の例では、時定数は、０．１［ｍＨ］／５［Ω］＝２０［μｓ］であり、入力電圧Ｖｉｎの半周期の長さである１００μｓよりも小さくなっている。
【0132】
第３実施形態に係る光検知素子１０３における回路４０は、ＲＬ回路である。すなわち、図２０に示す入力電圧Ｖｉｎは、磁性素子１０からの出力電圧に対応し、図２０に示す出力電圧Ｖｏｕｔは、回路４０からの出力電圧（光検知素子１０３からの出力電圧）に対応する。回路４０への入力電圧Ｖｉｎ（磁性素子１０からの出力電圧）が大きくなる際に、回路４０からの出力電圧Ｖｏｕｔは大きな正の値を示し、回路４０への入力電圧Ｖｉｎ（磁性素子１０からの出力電圧）が小さくなる際に、回路４０からの出力電圧Ｖｏｕｔは絶対値の大きな負の値を示す。
【0133】
受信装置２００は、第１実施形態の場合と同様に、例えば、回路４０からの出力電圧が閾値を超える場合に第１信号（例えば、“１”）から第２信号（例えば、“０”）に切り替わったと判断し、回路２０からの出力電圧が閾値より小さい場合に第２信号（例えば、“０”）から第１信号（例えば、“１”）に切り替わったと判断し、回路４０からの出力電圧が閾値の範囲内の場合に前の信号と同じ信号である（第１信号（例えば、“１”）のままである、または第２信号（例えば、“０”）のままである）と判断することができる。また、受信装置２００は、回路４０からの出力電圧の絶対値を求めることで、出力電圧の絶対値が閾値以上になった場合に光Ｌの強度が変化したと判断し、出力電圧の絶対値が閾値未満である場合に光Ｌの強度が変化していないと判断することもできる。
【0134】
また受信装置２００は、第１実施形態と同様に、回路４０からの出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値｜Ｖｏｕｔ｜が閾値を超える場合を第１信号（例えば、“１”）と判断し、回路４０からの出力電圧Ｖｏｕｔの絶対値｜Ｖｏｕｔ｜が所定時間の間に亘って閾値より小さい場合を第２信号（例えば、“０”）と判断してもよい。また第１実施形態に係る光検知素子１００と同様に、回路４０と第２端子ｐ２との間に絶対値回路７０を設けてもよい。
【0135】
第３実施形態に係る受信装置は、回路４０が回路２０と同様の機能を示すため、第１実施形態に係る受信装置２００と同様の効果を奏する。
【0136】
上記の実施形態にかかる光検知素子及び受信装置は、通信システムの送受信装置等に適用できる。
【0137】
図２１は、第１適用例に係る通信システム１０００の概念図である。図２１に示す通信システム１０００は、複数の送受信装置３００と、送受信装置３００間を繋ぐ光ファイバーＦＢと、を備える。通信システム１０００は、例えば、データセンター内及びデータセンター間のような短、中距離の通信、都市間のような長距離の通信に用いることができる。送受信装置３００は、例えば、データセンター内に設置される。光ファイバーＦＢは、例えば、データセンター間を繋ぐ。通信システム１０００は、例えば、光ファイバーＦＢを介して送受信装置３００の間の通信を行う。通信システム１０００は、光ファイバーＦＢを介さずに、送受信装置３００の間の通信を無線で行ってもよい。
【0138】
図２２は、第１適用例に係る送受信装置３００のブロック図である。送受信装置３００は、受信装置２００と送信装置２１０とを備える。受信装置２００は光信号Ｌ１を受信し、送信装置２１０は光信号Ｌ２を送信する。送受信に用いる光は、例えば、波長が１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光である。
【0139】
受信装置２００は、例えば、光検知素子１００と信号処理部１１０とを備える。光検知素子１００は、光検知素子１０１、１０２と置き換えてもよい。光検知素子１００は、光信号Ｌ１を電気信号に変換する。磁性素子１０には、光強度変化を有する光信号Ｌ１を含む光が照射される。磁性素子１０に照射される光は、例えば、レーザー光である。信号処理部１１０は、光検知素子１００で変換した電気信号を処理する。信号処理部１１０は、光検知素子１００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。
【0140】
送信装置２１０は、例えば、光源２１１と電気信号生成素子２１２と光変調素子２１３とを備える。光源２１１は、例えば、レーザー素子である。光源２１１は、送信装置２１０の外部にあってもよい。電気信号生成素子２１２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２１２は、信号処理部１１０の信号変換素子と一体となっていてもよい。光変調素子２１３は、電気信号生成素子２１２で生成された電気信号に基づき、光源２１１から出力された光を変調し、光信号Ｌ２を出力する。
【0141】
またここまで、送受信装置を図２１に示す通信システム１０００に適用する例を示したが、通信システムはこの場合に限られない。
【0142】
【0143】
携帯端末装置５００のそれぞれは、受信装置２００と送信装置２１０とを備える。一方の携帯端末装置５００の送信装置２１０から送信された光信号を、他方の携帯端末装置５００の受信装置２００で受信する。携帯端末装置５００間の送受信に使用される光は、例えば可視光である。それぞれの受信装置２００は、例えば、光検知素子１００と信号処理部１１０とを備える。光検知素子１００は、光検知素子１０１、１０２と置き換えてもよい。
【0144】
また例えば、図２４は、通信システムの別の例の概念図である。図２４に示す通信システム１００２は、携帯端末装置５００と情報処理装置６００との間の通信である。情報処理装置６００は、例えば、パーソナルコンピュータである。
【0145】
携帯端末装置５００は送信装置２１０を備え、情報処理装置６００は受信装置２００を備える。携帯端末装置５００の送信装置２１０から送信された光信号は、情報処理装置６００の受信装置２００で受信される。携帯端末装置５００と情報処理装置６００と間の送受信に使用される光は、例えば可視光である。それぞれの受信装置２００は、例えば、光検知素子１００と信号処理部１１０とを備える。光検知素子１００は、光検知素子１０１、１０２と置き換えてもよい。
【0146】
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。
【符号の説明】
【0147】
１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…スペーサ層、１０…磁性素子、１０Ａ…第１面、１０Ｂ…第２面、２０，４０…回路、２１，４１…第１電極層、２１Ａ，３１Ａ…接続部、２２…第１誘電体、２３，３３，４３，Ｒ…抵抗、２４，３４…接続電極、２５，４５…第１接続ビア、２６…第２電極層、３１…第３電極層、３２…第２誘電体、３５…第２接続ビア、３６…第４電極層、４２…第１接続電極、４４…第２接続電極、４２Ａ，４４Ａ…パッド、７０…絶対値回路、８０…電源、８１，Ｌ’…インダクタ、９０…絶縁層、１００，１０１，１０２，１０３…光検知素子、１１０…信号処理部、２００…受信装置、２１０…送信装置、２１１…光源、２１２…電気信号生成素子、２１３…光変調素子、３００…送受信装置、５００…携帯端末装置、６００…情報処理装置、１０００，１００１，１００２…通信システム、Ａｍ…オペアンプ、Ｃ…コンデンサ、Ｅ１…上部電極、Ｅ２…下部電極、ＦＢ…光ファイバー、Ｉｓ…センス電流、Ｌ…光、Ｌ１，Ｌ２…光信号、ｐ１…第１端子、ｐ２…第２端子、ｐ３…第３端子、ｐ４…第４端子
【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】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】