JP2023003383A - 光検知素子、受信装置及び光センサー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シグナルとノイズの比であるＳＮ比が大きい光検知素子、受信装置及び光センサー装置を提供する。【解決手段】この光検知素子は、複数の磁性素子を有し、前記複数の磁性素子のそれぞれは、光が照射される第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るスペーサ層と、を備え、前記複数の磁性素子のうちの少なくとも２つは、照射される前記光のスポット内に入るように配置されている。【選択図】図１

Description

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。

光電変換素子は、様々な用途で用いられている。

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。

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。

特開２００１－２９２１０７号公報 米国特許第９８４２８７４明細書

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、光検知においてシグナルとノイズの比であるＳＮ比の向上が求められている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳＮ比の大きい光検知素子、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。

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる光検知素子は、複数の磁性素子を備え、前記複数の磁性素子のそれぞれは、光が照射される第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るスペーサ層と、を備え、前記複数の磁性素子のうちの少なくとも２つは、照射される前記光のスポット内に入るように配置されている。

（２）上記態様にかかる光検知素子において、前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第１磁性素子と第２磁性素子とを有し、前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とは、前記第１強磁性層の体積が互いに異なってもよい。

（３）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記スポットの中心側にあり、前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記第１強磁性層の体積が大きくてもよい。

（４）上記態様にかかる光検知素子において、前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第１磁性素子と第２磁性素子とを有し、前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とは、前記第１強磁性層の飽和磁化が互いに異なってもよい。

（５）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記スポットの中心側にあり、前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記第１強磁性層の飽和磁化が大きくてもよい。

（６）上記態様にかかる光検知素子において、前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第３磁性素子と第４磁性素子とを有し、前記第３磁性素子の前記第１強磁性層と前記光検知素子の前記光が照射される側の面である光照射面との間に第１中間層をさらに有し、前記第４磁性素子の前記第１強磁性層と前記光照射面との間に第２中間層をさらに有し、前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記光照射面の近くにあり、前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記第１強磁性層の体積が大きくてもよい。

（７）上記態様にかかる光検知素子において、前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第３磁性素子と第４磁性素子とを有し、前記第３磁性素子の前記第１強磁性層と前記光検知素子の前記光が照射される側の面である光照射面との間に第１中間層をさらに有し、前記第４磁性素子の前記第１強磁性層と前記光照射面との間に第２中間層をさらに有し、前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記光照射面の近くにあり、前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記第１強磁性層の飽和磁化が大きくてもよい。

（８）上記態様にかかる光検知素子において、前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第５磁性素子と第６磁性素子とを有し、前記第５磁性素子は、前記第６磁性素子より前記スポットの中心側にあり、前記第５磁性素子の前記第１強磁性層と前記光検知素子の前記光が照射される側の面である光照射面との間に第３中間層をさらに有し、前記第６磁性素子の前記第１強磁性層と前記光照射面との間に第４中間層をさらに有し、前記第４中間層は、前記第３中間層より前記光の透過率が高くてもよい。

（９）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。

（１０）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。

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、光のＳＮ比が大きい。

第１実施形態に係る光検知素子の斜視図である。 第１実施形態に係る光検知素子の平面図である。 第１実施形態に係る磁性素子の断面図である。 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。 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。 第１実施形態に係る磁性素子の第２動作例の第１メカニズムを説明するための図である。 第１実施形態に係る磁性素子の第２動作例の第２メカニズムを説明するための図である。 第１実施形態に係る磁性素子の第２動作例の別の例を説明するための図である。 第１実施形態に係る磁性素子の第２動作例の別の例を説明するための図である。 第１実施形態の第１変形例に係る光検知素子の平面図である。 第１実施形態の第２変形例に係る光検知素子の平面図である。 第１実施形態の第３変形例に係る光検知素子の平面図である。 第２実施形態に係る光検知素子の平面図である。 第２実施形態に係る光検知素子の一部の断面図である。 第１磁性素子の出力電圧の光強度に対する変化を示す。 第２磁性素子の出力電圧の光強度に対する変化を示す。 第１磁性素子と第２磁性素子の合成出力電圧の光強度に対する変化を示す。 第３実施形態に係る光検知素子の平面図である。 第４実施形態に係る光検知素子の平面図である。 第５実施形態に係る光検知素子の平面図である。 第６実施形態に係る光検知素子の一部の断面図である。 第７実施形態に係る光検知素子の一部の断面図である。 第８実施形態に係る光検知素子の一部の断面図である。 第９実施形態に係る光検知素子の一部の断面図である。 第９実施形態の第１変形例に係る光検知素子の一部の断面図である。 第９実施形態の第２変形例に係る光検知素子の一部の断面図である。 第９実施形態の第３変形例に係る光検知素子の一部の断面図である。 第１適用例にかかる送受信装置のブロック図である。 通信システムの一例の概念図である。 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。 端末装置の一例の模式図である。

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。

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。

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係る光検知素子２００の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光検知素子２００をｚ方向から見た平面図である。

光検知素子２００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。光検知素子２００は、複数の磁性素子１０を有する。複数の磁性素子１０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

光Ｌ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。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、波長域が制御された光（例えば波長フィルターを通過した光）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。光Ｌはレーザー光であってもよい。

スポットｓｐは、被照射物に対して光Ｌが照射されている範囲である。中心における光強度の１３．５％以上の強度の光が照射されている、中心を含む連続した領域がスポットｓｐの範囲である。

光Ｌのスポットｓｐの範囲は、光学部材によって決定される。光学部材は、例えば、導波路、レンズ、光源等である。例えば、導波路を通過した光がスポットｓｐを形成する。また、例えば、レンズを通過して集光した光がスポットｓｐを形成する。光検知素子２００は、光Ｌのスポットｓｐを形成するこれらの光学部材を有していてもよい。この場合、例えば、光学部材は磁性素子１０との間で後述する第１電極を挟む位置に配置される。

磁性素子１０のそれぞれは、例えば、他の磁性素子１０と直列又は並列に電気的に接続されている。この場合、光検知素子２００は、例えば、複数の磁性素子１０の合成抵抗、合成電位等を出力する。磁性素子１０のそれぞれは、別々に後段の装置に接続されていてもよい。この場合、光検知素子２００は、例えば、複数の磁性素子１０のそれぞれの抵抗、電位等を出力する。後段の装置は、例えば、それぞれの磁性素子１０からの出力を重ね合わせる。

磁性素子１０のそれぞれに照射される光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のそれぞれから出力される電圧（それぞれの磁性素子のｚ方向の端部間の電位差）が変化する。図３は、第１実施形態に係る磁性素子１０の断面図である。磁性素子１０のそれぞれは、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には、第１強磁性層１側から光が照射される。以下、磁性素子１０の光が照射される側の面を照射面と称する。

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）が変化する素子である。このような素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。例えば、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。

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。

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。

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。

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。
上述のように、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。

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の下側にある。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。

キャップ層は、第１強磁性層１の上側にある。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。

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。

また光検知素子２００は、それぞれの磁性素子１０に接続される第１電極及び第２電極をさらに有してもよい。第１電極は、磁性素子１０の第１面（照射面）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電極と第２電極とは、例えば、磁性素子１０をｚ方向に挟む。

第１電極及び第２電極は、導電性を有する材料からなる。第１電極及び第２電極は、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電極及び第２電極として、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電極及び第２電極として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。

第１電極及び第２電極は、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電極及び第２電極は、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電極及び第２電極は、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。

磁性素子１０は、例えば、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。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。アニールは、例えば、２５０℃以上４５０℃以下で行う。積層膜の加工は、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて行う。積層膜は、柱状の磁性素子１０となる。磁性素子１０は、円柱でも角柱でもよい。例えば、磁性素子１０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。上記工程により、磁性素子１０が得られる。

図３は磁性素子１０の一例を示したが、磁性素子は光の照射により磁化の状態が変化する強磁性体を有し、磁化の状態の変化に伴い抵抗値が変化するものであればよい。磁性素子には、例えば、上述のＭＴＪ素子及びＧＭＲ素子のほか、異方性磁気抵抗（AMR：Anisotronipic Magnetoresistance)効果素子、超巨大磁気抵抗（CMR：Colossal Magnetoresistance）効果素子等を用いることができる。

次いで、磁性素子１０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。磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、光が第１強磁性層１に照射されることにより変化する。磁性素子１０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。

図４及び図５は、第１実施形態に係る磁性素子１０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。

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Ｒ_１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電極と第２電極との間に発生する。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。

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。

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。

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Ｒ_２を示す。第２抵抗値Ｒ_２は、第１抵抗値Ｒ_１より大きい。第２抵抗値Ｒ_２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Ｒ_１）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。

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Ｒ_１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Ｒ_２から第１抵抗値Ｒ_１へ変化する。

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の変化に対応して変化する。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する。つまり、磁性素子１０は、照射される光の強度の変化を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、光を電気信号に変換することができる。例えば、磁性素子１０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。

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。

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。

図６及び図７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６は、第２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。

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。

第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から傾くと、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は変化する。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Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化する。第１抵抗値Ｒ_１、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４の順に抵抗値は大きくなる。すなわち、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の傾きに応じて、磁性素子１０からの出力電圧は、第１電圧値から第２電圧値、第３電圧値、第４電圧値へと変化する。第１電圧値、第２電圧値、第３電圧値、第４電圧値の順に出力電圧は大きくなる。

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、ｚ方向の抵抗値が変化する。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が変化した際に変化する。例えば、第１電圧値を“０”、第２電圧値を“１”、第３電圧値を“２”、第４電圧値を“３”として規定すると、磁性素子１０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、出力電圧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。また磁性素子１０は、アナログ値をそのまま出力してもよい。

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、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は変化する。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Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化する。すなわち、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさに応じて、磁性素子１０からの出力電圧は、第１電圧値から第２電圧値、第３電圧値、第４電圧値へと変化する。したがって、図６の場合と同様に、磁性素子１０は、これらの出力電圧の違いを、多値又はアナログデータとして出力できる。

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。

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。

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。

図８及び図９は、第１実施形態に係る光検知素子２００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。

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。

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。

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、図９の場合は磁性素子１０の抵抗値は大きくなる。すなわち、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からの出力電圧は小さくなり、図９の場合は磁性素子１０の出力電圧は大きくなる。

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。

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。

第１実施形態に係る光検知素子２００は、複数の磁性素子１０が同じスポットｓｐ内にある。複数の磁性素子１０は、光Ｌに対して同じように挙動する。光検知素子２００は、光Ｌに対して同じように挙動するそれぞれの磁性素子１０からの出力を合成できる。さらに光検知素子２００は、複数の磁性素子１０が同一の光信号を同時に受光する。このため、光検知素子２００では、出力信号に対するノイズを抑制できる。したがって、第１実施形態に係る光検知素子２００は、ＳＮ比が大きい。

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。

例えば、図１０に示す光検知素子２００Ａのように、磁性素子１０がスポットｓｐ内に同心円状に配列していてもよい。また例えば、図１１に示す光検知素子２００Ｂのように、磁性素子１０がスポットｓｐ内で、三角格子状に配列していてもよい。磁性素子１０の配列は、これらの場合に限らず、六方格子状等、様々な配列を選択し得る。

また例えば、図１２に示す光検知素子２００Ｃのように、磁性素子１０のそれぞれの平面視形状は矩形でもよい。

「第２実施形態」
図１３は、第２実施形態に係る光検知素子２０１をｚ方向から見た平面図である。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。

光検知素子２０１は、複数の磁性素子２０を有する。複数の磁性素子２０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子２０は、第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とを有する。第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。図１４は、第２実施形態に係る光検知素子２０１の断面図である。図１４は、図１３のＡ－Ａ線に沿った断面である。磁性素子２０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。図１４では、磁性素子２０のそれぞれに接続された第１電極１１及び第２電極１２と、磁性素子２０の周囲を被覆する絶縁層Ｉｎを同時に図示している。絶縁層Ｉｎの材料は、例えば、金属元素または半金属元素を１種以上含む酸化物、窒化物または酸窒化物である。より具体的には、絶縁層Ｉｎの材料は、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃａ、ＬａおよびＧｅからなる群から選ばれる元素を１種以上含む酸化物、窒化物または酸窒化物である。

第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とは、第１強磁性層１の体積が異なる。第１磁性素子２１は、第２磁性素子２２より第１強磁性層１の体積が大きい。第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とは、第１強磁性層１の体積が異なるため、照射される光に対する感度が異なる。照射される光の強度の変化に対する第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態の変化の度合いは、第１強磁性層１の体積が小さいほど大きくなるため、照射される光に対する磁性素子２０の感度は、第１強磁性層１の体積が小さいほど大きくなる。

図１４に示す例は、ｚ方向から見た際の第１強磁性層１の面積が異なるため、第１強磁性層１の体積が第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とで異なる。図１４に示す例では、第１強磁性層１の厚みは、第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とで同じである。第１強磁性層１の体積は、ｚ方向から見た際の面積に限らず、第１強磁性層１の厚みを異ならせることで異ならせてもよい。また複数の磁性素子２０の中には、第１磁性素子２１及び第２磁性素子２２のいずれとも第１強磁性層１の体積が異なるものがあってもよい。図１４に示す例では、第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とは、スポットｓｐの中心からの距離（ｚ方向からの平面視におけるスポットｓｐの中心とそれぞれの磁性素子の中心との距離）が異なる位置に配置されているが、第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とは、スポットｓｐの中心からの距離が同じ位置に配置されていてもよい。

図１５は、第１磁性素子２１からの出力電圧の照射される光の強度に対する変化を示す。図１６は、第２磁性素子２２からの出力電圧の照射される光の強度に対する変化を示す。

図１６に示すように、第１強磁性層１の体積が相対的に小さい第２磁性素子２２は、光Ｌの強度が小さい低強度領域で抵抗値が大きく変化する。即ち、第２磁性素子２２は光Ｌの低強度領域において、出力電圧が大きく変化し、光Ｌに対する感度が相対的に高い。一方で、第２磁性素子２２は、素早く最大抵抗値に至るため、光Ｌの強度が大きい高強度領域での抵抗値変化が少ない。即ち、第２磁性素子２２は、光Ｌの高強度領域では、光Ｌの強度の変化に対する出力電圧の変化が少なく、光Ｌの強度の変化を検知するのが困難となる。したがって、第２磁性素子２２は、光に対する感度が相対的に高い一方で、光Ｌの強度の変化を検知できる範囲が相対的に狭い。

これに対し、図１５に示すように、第１強磁性層１の体積が相対的に大きい第１磁性素子２１は、光Ｌの強度が小さい低強度領域での抵抗値の変化は緩やかである。即ち、第１磁性素子２１は光Ｌの低強度領域において、出力電圧の変化が緩やかであり、光Ｌに対する感度が相対的に低い。一方で、第１磁性素子２１は、抵抗値が飽和しにくいため、光Ｌの強度が大きい高強度領域でも十分な大きさの抵抗値変化を示す。即ち、第１磁性素子２１は、光Ｌの高強度領域においても、光Ｌの強度の変化に対する出力電圧の変化が得られ、光Ｌの強度の変化を検知することができる。したがって、第１磁性素子２１は、光Ｌに対する感度が相対的に低い一方で、光Ｌの強度の変化を検知できる範囲が相対的に広い。

図１７は、第１磁性素子２１と第２磁性素子２２の合成出力電圧の光Ｌの強度に対する変化を示す。合成出力電圧は、例えば、第１磁性素子２１の出力電圧と第２磁性素子２２の出力電圧を足し合わせたものである。したがって、合成出力電圧は、光Ｌの低強度領域で値が大きく変化すると共に、光Ｌの高強度領域でも十分な大きさの値の変化を示す。すなわち、第１磁性素子２１と第２磁性素子２２とを有する光検知素子２０１は、光Ｌの低強度領域において光Ｌに対する感度が高く、且つ、光Ｌの強度の変化を広い光強度範囲で検知できる。

「第３実施形態」
図１８は、第３実施形態に係る光検知素子２０２をｚ方向から見た平面図である。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。

光検知素子２０２は、複数の磁性素子３０を有する。複数の磁性素子３０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子３０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。図１８に示す例では、磁性素子３０の第１強磁性層１の体積は、スポットｓｐの中心に近い磁性素子３０ほど大きく、中心から離れた磁性素子３０ほど小さい。すなわち、ｚ方向から平面視した際に、その中心とスポットｓｐの中心との間の距離が短い磁性素子３０ほど、第１強磁性層１の体積は大きく、その中心とスポットｓｐの中心との距離が長い磁性素子３０ほど、第１強磁性層１の体積は小さい。以下、「スポットの中心に対して近い又は遠い」及び「スポットの中心側にある又はスポットの中心から離れている」等の表現は、ｚ方向から見た際におけるスポットｓｐの中心と磁性素子の中心との距離を示す。特定の磁性素子が「スポットの中心に対して近くにある」又は「スポットの中心側にある」場合、特定の磁性素子の中心とスポットｓｐの中心との距離は、比較対象となる磁性素子の中心とスポットｓｐの中心との距離より短い。また特定の磁性素子が「スポットの中心に対して遠くにある」又は「スポットの中心から離れている」場合、特定の磁性素子の中心とスポットｓｐの中心との距離は、比較対象となる磁性素子の中心とスポットｓｐの中心との距離より長い。

例えば、複数の磁性素子３０は、第１磁性素子３１と第２磁性素子３２とを有する。第１磁性素子３１と第２磁性素子３２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子３１と第２磁性素子３２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。第１磁性素子３１は、第２磁性素子３２よりスポットｓｐの中心側にある。すなわち、ｚ方向から平面視した際に、第１磁性素子３１の中心とスポットｓｐの中心との距離は、第２磁性素子３２の中心とスポットｓｐの中心との距離より短い。第１磁性素子３１の第１強磁性層１の体積は、第２磁性素子３２の第１強磁性層１の体積より大きい。第１磁性素子３１と第２磁性素子３２とは、第１強磁性層１の体積が異なるため、光Ｌに対する感度が異なる。

図１８に示す例は、ｚ方向から見た際の第１強磁性層１の面積が異なるため、第１強磁性層１の体積が第１磁性素子３１と第２磁性素子３２とで異なる。図１８に示す例では、第１強磁性層１の厚みは、第１磁性素子３１と第２磁性素子３２とで同じである。第１強磁性層１の体積は、ｚ方向から見た際の面積に限らず、第１強磁性層１の厚みを異ならせることで異ならせてもよい。また複数の磁性素子３０の中には、第１磁性素子３１とも第２磁性素子３２とも第１強磁性層１の体積が異なるものがあってもよい。

それぞれの磁性素子３０の照射面における光強度は、スポットｓｐの中心ほど大きい。第１強磁性層１の体積が相対的に大きい第１磁性素子３１は、第２磁性素子３２より高強度の光が照射されても出力が飽和しにくい（図１５及び図１６参照）。また第１強磁性層１の体積が相対的に小さい第２磁性素子３２は、第１磁性素子３１より光Ｌに対する感度が高い（図１５及び図１６参照）ため、照射される光の強度が第１磁性素子３１より小さくても、第２磁性素子３２からある程度の大きさの出力が得られる。このように、第３実施形態に係る光検知素子２０２では、光の強度の検知において第１磁性素子３１からの出力と第２磁性素子３２からの出力を共に有効に利用できるため、第３実施形態に係る光検知素子２０２はＳＮ比が大きい。

「第４実施形態」
図１９は、第４実施形態に係る光検知素子２０３をｚ方向から見た平面図である。第４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。

光検知素子２０３は、複数の磁性素子４０を有する。複数の磁性素子４０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。複数の磁性素子４０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。

複数の磁性素子４０は、第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とを有する。第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とは、第１強磁性層１の飽和磁化が異なる。第１磁性素子４１は、第２磁性素子４２より第１強磁性層１の飽和磁化が大きい。複数の磁性素子４０の中には、第１磁性素子４１とも第２磁性素子４２とも第１強磁性層１の飽和磁化が異なる素子があってもよい。図１９には、それぞれの磁性素子４０の飽和磁化の一例を、それぞれの磁性素子４０の下に記入した。図１９に示す例では、第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とは、スポットｓｐの中心からの距離（平面視におけるスポットｓｐの中心とそれぞれの磁性素子の中心との距離）が異なる位置に配置されているが、第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とは、スポットｓｐの中心からの距離が同じ位置に配置されていてもよい。第１強磁性層１の飽和磁化の大きさは、第１強磁性層１を構成する材料を異ならせることで異ならせることができる。例えば、第１強磁性層１がＣｏＦｅＢ合金で構成される場合、Ｃｏに対するＦｅの割合を大きくすると第１強磁性層１の飽和磁化を大きくすることができ、Ｃｏに対するＦｅの割合を小さくすると第１強磁性層１の飽和磁化を小さくすることができる。

第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とは、第１強磁性層１の飽和磁化が異なるため、照射される光に対する感度が異なる。照射される光の強度の変化に対する第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態の変化の度合いは、第１強磁性層１の飽和磁化が小さいほど大きくなるため、照射される光に対する磁性素子４０の感度は、第１強磁性層１の飽和磁化が小さいほど大きくなる。そのため、第１強磁性層１の飽和磁化が相対的に大きな第１磁性素子４１は、光Ｌに対する感度が相対的に低い一方で、光Ｌの強度の変化を検知できる範囲が相対的に広い。第１磁性素子４１からの出力電圧は、図１５に示す第１磁性素子２１と同様の挙動を光Ｌの強度変化に対して示す。第１強磁性層１の飽和磁化が相対的に小さい第２磁性素子４２は、光Ｌに対する感度が相対的に高い一方で、光強度の変化を検知できる範囲が相対的に狭い。第２磁性素子４２からの出力電圧は、図１６に示す第２磁性素子２２と同様の挙動を光Ｌの強度変化に対して示す。第１磁性素子４１と第２磁性素子４２の合成出力電圧は、図１７に示す合成出力電圧と同様の挙動を光Ｌの強度変化に対して示す。

第１磁性素子４１と第２磁性素子４２とを有する光検知素子２０３は、第２実施形態にかかる光検知素子２０１と同様に、光Ｌの低強度領域において光Ｌに対する感度が高く、且つ、光Ｌの強度の変化を広い光強度範囲で検知できる。

ここで、第４実施形態に係る光検知素子２０３と第２実施形態に係る光検知素子２０１は、複数の磁性素子の中に、照射される光に対する感度が異なる素子が含まれているという点で共通する。したがって、光検知素子２０１の特徴的な構成と、光検知素子２０３の特徴的な構成とを組み合わせて、複数の磁性素子の中のいずれかの素子の照射される光に対する感度を、他の磁性素子と異なるものとしてもよい。具体的には、スポットｓｐ内に入るように配置された少なくとも２つの磁性素子は、第１強磁性層１の体積及び飽和磁化の両方が互いに異なっていてもよい。

「第５実施形態」
図２０は、第５実施形態に係る光検知素子２０４をｚ方向から見た平面図である。第５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。

光検知素子２０４は、複数の磁性素子５０を有する。複数の磁性素子５０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子５０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。図２０に示す例では、磁性素子５０の第１強磁性層１の飽和磁化は、スポットｓｐの中心に近い磁性素子３０ほど大きく、中心から離れた磁性素子３０ほど小さい。すなわち、ｚ方向から平面視した際に、その中心とスポットｓｐの中心との間の距離が短い磁性素子５０ほど、第１強磁性層１の飽和磁化は大きく、その中心とスポットｓｐの中心との距離が長い磁性素子５０ほど、第１強磁性層１の飽和磁化は小さい。図２０には、それぞれの磁性素子５０の飽和磁化の一例を、それぞれの磁性素子５０の下に記入した。

例えば、複数の磁性素子５０は、第１磁性素子５１と第２磁性素子５２とを有する。第１磁性素子５１と第２磁性素子５２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子５１と第２磁性素子５２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。複数の磁性素子５０の中には、第１磁性素子５１とも第２磁性素子５２とも第１強磁性層１の飽和磁化が異なる素子があってもよい。第１磁性素子５１は、第２磁性素子５２よりスポットｓｐの中心側にある。すなわち、ｚ方向から平面視した際に、第１磁性素子５１の中心とスポットｓｐの中心との距離は、第２磁性素子５２の中心とスポットｓｐの中心との距離より短い。第１磁性素子５１の第１強磁性層１の飽和磁化は、第２磁性素子５２の第１強磁性層１の飽和磁化より大きい。第１磁性素子５１と第２磁性素子５２とは、第１強磁性層１の飽和磁化が異なるため、光Ｌに対する感度が異なる。

それぞれの磁性素子５０の照射面における光強度は、スポットｓｐの中心ほど大きい。第１強磁性層１の飽和磁化が相対的に大きい第１磁性素子５１は、第２磁性素子５２より高強度の光が照射されても出力が飽和しにくい。また第１強磁性層１の飽和磁化が相対的に小さい第２磁性素子５２は、第１磁性素子５１より光Ｌに対する感度が高いため、照射される光の強度が第１磁性素子５１より小さくても、第２磁性素子５２からある程度の大きさの出力が得られる。このように、第５実施形態に係る光検知素子２０４では、光の強度の検知において第１磁性素子５１からの出力と第２磁性素子５２からの出力を共に有効に利用できるため、第５実施形態に係る光検知素子２０４はＳＮ比が大きい。

ここで、第５実施形態に係る光検知素子２０４と第３実施形態に係る光検知素子２０２は、出力が飽和しにくい第１磁性素子３１，５１がスポットｓｐの内側にあり、照射される光に対する感度が高い第２磁性素子３２，５２がスポットｓｐの外側にあるという点で共通する。したがって、光検知素子２０２の特徴的な構成と、光検知素子２０４の特徴的な構成とを組み合わせて、複数の磁性素子の中のいずれかの素子の照射される光に対する感度を他の素子と異なるものとしてもよい。具体的には、スポットｓｐ内に入るように配置された少なくとも２つの磁性素子において、スポットｓｐの中心に近い磁性素子ほど、第１強磁性層１の飽和磁化と体積との積を大きくしてもよい。

「第６実施形態」
図２１は、第６実施形態に係る光検知素子２０５の一部の断面図である。第６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。図２１では、磁性素子６０のそれぞれに接続された第１電極１１及び第２電極１２と、磁性素子６０の周囲を被覆する絶縁層Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３を同時に図示している。

光検知素子２０５は、複数の磁性素子６０を有する。複数の磁性素子６０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子６０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。例えば、複数の磁性素子６０は、第１磁性素子６１と第２磁性素子６２とを有する。第１磁性素子６１と第２磁性素子６２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子６１と第２磁性素子６２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。

第１磁性素子６１は、第２磁性素子６２と異なる階層にある。第１磁性素子６１と光照射面Ｓ１との間には第１電極１１があり、第２磁性素子６２と光照射面Ｓ１との間には絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１がある。光照射面Ｓ１は、磁性素子、電極及び絶縁層を含む光検知素子の光が照射される面である。光照射面Ｓ１は、それぞれの磁性素子６０の照射面とは異なる。複数の磁性素子６０の中には、第１磁性素子６１及び第２磁性素子６２のいずれとも異なる階層にあるものがあってもよい。

複数の磁性素子６０のうちの少なくとも２つは、他の磁性素子６０と積層方向から見て重ならない。例えば、第１磁性素子６１及び第２磁性素子６２は、積層方向から見て、他の磁性素子６０と重ならない。当該構成を満たすと、光Ｌが他の磁性素子６０に阻害されずに、第１磁性素子６１及び第２磁性素子６２に照射される。複数の磁性素子６０のそれぞれは、他の磁性素子６０と積層方向から見て重ならないことが好ましい。

第６実施形態に係る光検知素子２０５は、複数の磁性素子６０が同じスポットｓｐ内にあるため、第１実施形態に係る光検知素子２００と同様に、ＳＮ比が大きい。

「第７実施形態」
図２２は、第７実施形態に係る光検知素子２０６の一部の断面図である。図２２に示す一例において、ｚ方向から平面視した際に、３つの磁性素子７０のそれぞれの中心とスポットｓｐの中心との距離とは、同じである。第７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。図２２では、磁性素子７０のそれぞれに接続された第１電極１１及び第２電極１２と、磁性素子７０の周囲を被覆する絶縁層Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３を同時に図示している。

光検知素子２０６は、複数の磁性素子７０を有する。複数の磁性素子７０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子７０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。例えば、複数の磁性素子７０は、第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とを有する。第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。第１磁性素子７１は、特許請求の範囲における第３磁性素子の一例である。第２磁性素子７２は、特許請求の範囲における第４磁性素子の一例である。

第１磁性素子７１は、第２磁性素子７２と異なる階層にある。第１磁性素子７１と光照射面Ｓ１との間には第１電極１１があり、第２磁性素子７２と光照射面Ｓ１との間には絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１がある。第１磁性素子７１と光照射面Ｓ１との間の第１電極１１は、特許請求の範囲における第１中間層の一例である。第２磁性素子７２と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１は、特許請求の範囲における第２中間層の一例である。複数の磁性素子７０の中には、第１磁性素子７１とも第２磁性素子７２とも異なる階層にある素子があってもよい。

第１磁性素子７１は、第２磁性素子７２より光Ｌの光照射面Ｓ１の近くにある。第２磁性素子７２と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１の総厚（第２中間層の厚み）は、第１磁性素子７１と光照射面Ｓ１との間の第１電極１１の厚み（第１中間層の厚み）より厚い。光照射面Ｓ１と第１磁性素子７１との間の光Ｌの透過率は、光照射面Ｓ１と第２磁性素子７２との間の光Ｌの透過率より高い。

第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とは、第１強磁性層１の体積が異なる。第１磁性素子７１は、第２磁性素子７２より第１強磁性層１の体積が大きい。第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とは、第１強磁性層１の体積が異なるため、光Ｌに対する感度が異なる。

図２２に示す例は、ｚ方向から見た際の第１強磁性層１の面積が異なるため、第１強磁性層１の体積が第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とで異なる。図２２に示す例では、第１強磁性層１の厚みは、第１磁性素子７１と第２磁性素子７２とで同じである。第１強磁性層１の体積は、ｚ方向から見た際の面積に限らず、第１強磁性層１の厚みを異ならせることで異ならせてもよい。また複数の磁性素子７０の中には、第１磁性素子７１とも第２磁性素子７２とも第１強磁性層１の体積が異なるものがあってもよい。例えば、複数の磁性素子７０のそれぞれの第１強磁性層１の体積は、光Ｌの光照射面Ｓ１から離れた磁性素子７０ほど小さくなってもよい。

それぞれの磁性素子７０に照射される光強度は、光照射面Ｓ１から離れるほど小さくなる。第１強磁性層１の体積が相対的に大きい第１磁性素子７１は、第２磁性素子７２より高強度の光が照射されても出力が飽和しにくい（図１５及び図１６参照）。また第１強磁性層１の体積が相対的に小さい第２磁性素子７２は、第１磁性素子７１より光Ｌに対する感度が高い（図１５及び図１６参照）ため、照射される光の強度が第１磁性素子７１より小さくても、第２磁性素子７２からある程度の大きさの出力が得られる。このように、第７実施形態に係る光検知素子２０６では、光の強度の検知において第１磁性素子７１からの出力と第２磁性素子７２からの出力を共に有効に利用できるため、第７実施形態に係る光検知素子２０６はＳＮ比が大きい。

「第８実施形態」
図２３は、第８実施形態に係る光検知素子２０７の一部の断面図である。図２３に示す一例において、ｚ方向から平面視した際に、３つの磁性素子８０のそれぞれの中心とスポットｓｐの中心との距離とは、同じである。第８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。図２３では、磁性素子８０のそれぞれに接続された第１電極１１及び第２電極１２と、磁性素子８０の周囲を被覆する絶縁層Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３を同時に図示している。

光検知素子２０７は、複数の磁性素子８０を有する。複数の磁性素子８０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子８０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。例えば、複数の磁性素子８０は、第１磁性素子８１と第２磁性素子８２とを有する。第１磁性素子８１と第２磁性素子８２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子８１と第２磁性素子８２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。第１磁性素子８１は、特許請求の範囲における第３磁性素子の一例である。第２磁性素子８２は、特許請求の範囲における第４磁性素子の一例である。

第１磁性素子８１は、第２磁性素子８２と異なる階層にある。第１磁性素子８１と光照射面Ｓ１との間には第１電極１１があり、第２磁性素子８２と光照射面Ｓ１との間には絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１がある。第１磁性素子８１と光照射面Ｓ１との間の第１電極１１は、特許請求の範囲における第１中間層の一例である。第２磁性素子８２と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１は、特許請求の範囲における第２中間層の一例である。複数の磁性素子８０の中には、第１磁性素子８１と第２磁性素子８２とのいずれとも異なる階層にある素子があってもよい。

第１磁性素子８１は、第２磁性素子８２より光Ｌの光照射面Ｓ１の近くにある。第２磁性素子８２と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１の総厚（第２中間層の厚み）は、第１磁性素子８１と光照射面Ｓ１との間の第１電極１１の厚み（第１中間層の厚み）より厚い。光照射面Ｓ１と第１磁性素子８１との間の光Ｌの透過率は、光照射面Ｓ１と第２磁性素子８２との間の光Ｌの透過率より高い。

第１磁性素子８１と第２磁性素子８２とは、第１強磁性層１の飽和磁化が異なる。図２３には、それぞれの磁性素子８０の飽和磁化の一例を示した。図２３に示す例では、磁性素子８０の第１強磁性層１の飽和磁化は、光Ｌの光照射面Ｓ１から離れた磁性素子８０ほど小さい。第１磁性素子８１の第１強磁性層１の飽和磁化は、第２磁性素子８２の第１強磁性層１の飽和磁化より大きい。

それぞれの磁性素子７０に照射される光強度は、光照射面Ｓ１から離れるほど小さくなる。第１強磁性層１の飽和磁化が相対的に大きい第１磁性素子８１は、第２磁性素子８２より高強度の光が照射されても出力が飽和しにくい。また第１強磁性層１の飽和磁化が相対的に小さい第２磁性素子８２は、第１磁性素子８１より光Ｌに対する感度が高いため、照射される光の強度が第１磁性素子８１より小さくても、第２磁性素子８２からある程度の大きさの出力が得られる。このように、第８実施形態に係る光検知素子２０７では、光の強度の検知において第１磁性素子８１からの出力と第２磁性素子８２からの出力を共に有効に利用できるため、第８実施形態に係る光検知素子２０７はＳＮ比が大きい。

ここで、第８実施形態に係る光検知素子２０７と第７実施形態に係る光検知素子２０６は、出力が飽和しにくい第１磁性素子７１，８１が相対的に光Ｌの光照射面Ｓ１の近くにあるという点で共通する。したがって、光検知素子２０６の特徴的な構成と、光検知素子２０７の特徴的な構成とを組み合わせて、複数の磁性素子の中のいずれかの素子の照射される光に対する感度を他の素子と異なるものとしてもよい。具体的には、スポットｓｐ内に入るように配置された少なくとも２つの磁性素子において、光Ｌの光照射面Ｓ１に近い磁性素子ほど、第１強磁性層１の飽和磁化と体積との積を大きくしてもよい。

「第９実施形態」
図２４は、第９実施形態に係る光検知素子２０８の一部の断面図である。第９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。図２４では、磁性素子９０のそれぞれに接続された第１電極１１及び第２電極１２と、磁性素子９０の周囲を被覆する絶縁層Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３を同時に図示している。また図２４において、左側（－ｘ側）ほどスポットｓｐの中心に近い。

光検知素子２０８は、複数の磁性素子９０を有する。複数の磁性素子９０は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。

複数の磁性素子９０のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。例えば、複数の磁性素子９０は、第１磁性素子９１と第２磁性素子９２とを有する。第１磁性素子９１と第２磁性素子９２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子９１と第２磁性素子９２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。第１磁性素子９１は、特許請求の範囲における第５磁性素子の一例である。第２磁性素子９２は、特許請求の範囲における第６磁性素子の一例である。

第１磁性素子９１は、第２磁性素子９２よりスポットｓｐの中心側にある。第１磁性素子９１は、第２磁性素子９２と異なる階層にある。第１磁性素子９１と光照射面Ｓ１との間には絶縁層Ｉｎ１、絶縁層Ｉｎ２及び第１電極１１があり、第２磁性素子９２と光照射面Ｓ１との間には絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１がある。第１磁性素子９１と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１、絶縁層Ｉｎ２及び第１電極１１は、特許請求の範囲における第３中間層の一例である。第２磁性素子９２と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１は、特許請求の範囲における第４中間層の一例である。複数の磁性素子９０の中には、第１磁性素子９１と第２磁性素子９２とのいずれとも異なる階層にある素子があってもよい。

第２磁性素子９２は、第１磁性素子９１より光Ｌの光照射面Ｓ１の近くにある。第１磁性素子９１と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１、絶縁層Ｉｎ２及び第１電極１１の総厚（第３中間層の厚み）は、第２磁性素子９２と光照射面Ｓ１との間の絶縁層Ｉｎ１及び第１電極１１の総厚（第４中間層の厚み）より厚い。第４中間層は、第３中間層より光Ｌの透過率が高い。図２４に示す例では、磁性素子９０は、スポットｓｐの中心から離れた磁性素子９０ほど光Ｌの光照射面Ｓ１の近くにある。また、図２４に示す例では、第１磁性素子９１と第２磁性素子９２とで、第１強磁性層１の体積及び第１強磁性層１の飽和磁化は同じである。

光照射面Ｓ１における光強度は、スポットｓｐの中心ほど大きい。第９実施形態に係る光検知素子２０８は、スポットｓｐの中心から相対的に離れた第２磁性素子９２が、第１磁性素子９１よりも光Ｌの光照射面Ｓ１との間の光Ｌの透過率が高くなっている。当該構成を満たすと、光強度の弱いスポットｓｐの外周側に配置された磁性素子９０にも十分な強度の光Ｌを照射することができる。従って、第１磁性素子９１と第２磁性素子９２に照射される光強度のバラツキを小さくできる。これにより、第１磁性素子９１と第２磁性素子９２の両方について、出力を飽和させずにある程度の出力を得ることができる。つまり、第９実施形態に係る光検知素子２０８では、光の強度の検知において第１磁性素子９１からの出力と第２磁性素子９２からの出力を共に有効に利用できるため、第９実施形態に係る光検知素子２０８はＳＮ比が大きい。

第９実施形態の一例について詳述したが、第９実施形態はこの例に限られない。

（第１変形例）
例えば、図２５は、第９実施形態の第１変形例にかかる光検知素子２０８Ａの一部の断面図である。図２５において、左側（－ｘ側）ほどスポットｓｐの中心に近い。

光検知素子２０８Ａは、複数の磁性素子１００と保護膜１０５とを有する。複数の磁性素子１００は、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。複数の磁性素子１００のそれぞれは、磁性素子１０と同様の層構成を有する。例えば、複数の磁性素子１００は、第１磁性素子１０１と第２磁性素子１０２とを有する。第１磁性素子１０１と第２磁性素子１０２とは、照射される光Ｌのスポットｓｐ内に入るように配置されている。第１磁性素子１０１と第２磁性素子１０２とは、例えば、互いに直列又は並列に電気的に接続されている。第１磁性素子１０１は、特許請求の範囲における第５磁性素子の一例である。第２磁性素子１０２は、特許請求の範囲における第６磁性素子の一例である。第１磁性素子１０１は、第２磁性素子１０２よりスポットｓｐの中心側にある。

図２５に示す例において、保護膜１０５は、スポットｓｐの中心に近いほどその厚みが厚い。保護膜１０５は、例えば、光照射面Ｓ１がｘｙ平面に対して傾斜している。保護膜１０５の光照射面Ｓ１は、階段状でもよい。第１磁性素子１０１と光照射面Ｓ１との間の保護層１０５及び第１電極１１は、特許請求の範囲における第３中間層の一例である。第２磁性素子１０２と光照射面Ｓ１との間の保護層１０５及び第１電極１１は、特許請求の範囲における第４中間層の一例である。第４中間層は、第３中間層より光Ｌの透過率が高い。

光検知素子２０８Ａにおいて、スポットｓｐの中心から相対的に離れた第２磁性素子１０２が、第１磁性素子１０１よりも光Ｌの光照射面Ｓ１との間の光Ｌの透過率が高くなっている。したがって、第１磁性素子１０１と第２磁性素子１０２に照射される光強度のバラツキを小さくできる。

（第２変形例）
例えば、図２６は、第９実施形態の第２変形例にかかる光検知素子２０８Ｂの一部の断面図である。図２６において、左側（－ｘ側）ほどスポットｓｐの中心に近い。図２６において図２５と同様の構成には、同様の符号を付す。

光検知素子２０８Ｂは、誘電膜１０６、１０７、１０８を有する。誘電膜１０６、１０７、１０８の材料は、例えば、金属元素または半金属元素を１種以上含む酸化物、窒化物または酸窒化物である。より具体的には、誘電膜１０６、１０７、１０８の材料は、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｉｎ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂ、Ｐｂ、Ｃａ、ＬａおよびＧｅからなる群から選ばれる元素を１種以上含む酸化物、窒化物または酸窒化物である。誘電膜１０６は、第１磁性素子１０１上にある。誘電膜１０７は、第２磁性素子１０２上にある。誘電膜１０８は、第３磁性素子１０３上にある。誘電膜１０６は、誘電膜１０７より光Ｌの透過率が低い。誘電膜１０７は、誘電膜１０８より光Ｌの透過率が低い。誘電膜の光Ｌの透過率は、例えば、誘電体の材料によって異ならせることができる。また、誘電体に添加する添加物の量を異ならせて、誘電膜の光Ｌの透過率を異ならせることもできる。一例として、誘電膜１０６の材料が酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）であり、誘電膜１０７の材料が酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）であり、誘電膜１０８の材料が酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）である組合せが挙げられる。この場合、例えば波長５００ｎｍの光に対する透過率は、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）の順に低いので、光Ｌの波長が５００ｎｍの場合、誘電膜１０６は誘電膜１０７より光Ｌの透過率が低くなり、誘電膜１０７は誘電膜１０８より光Ｌの透過率が低くなる。

光検知素子２０８Ｂにおいて、スポットｓｐの中心から相対的に離れた第２磁性素子１０２が、第１磁性素子１０１よりも光Ｌの光照射面Ｓ１との間の光Ｌの透過率は高い。したがって、第１磁性素子１０１と第２磁性素子１０２に照射される光強度のバラツキを小さくできる。

（第３変形例）
例えば、図２７は、第９実施形態の第３変形例にかかる光検知素子２０８Ｃの一部の断面図である。図２７において、左側（－ｘ側）ほどスポットｓｐの中心に近い。図２７において図２５と同様の構成には、同様の符号を付す。

光検知素子２０８Ｃは、第１電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのそれぞれの光Ｌの透過率が互いに異なる。第１電極１１Ａは、第１電極１１Ｂより光Ｌの透過率が低い。第１電極１１Ｂは、第１電極１１Ｃより光Ｌの透過率が低い。第１電極の透過率は、例えば、第１電極の組成を異ならせることで異ならせることができる。例えば、第１電極の材料として酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いた場合、インジウムに対するスズの組成比を大きくすることで、光の透過率を大きくすることができる。

光検知素子２０８Ｃにおいて、スポットｓｐの中心から相対的に離れた第２磁性素子１０２が、第１磁性素子１０１よりも光Ｌの光照射面Ｓ１との間の光Ｌの透過率は高い。したがって、第１磁性素子１０１と第２磁性素子１０２に照射される光強度のバラツキを小さくできる。

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。

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。

図２８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。

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である。受信装置３００において、複数の磁性素子の第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、例えば複数の磁性素子の合成出力電圧に基づいて受信する。

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。

図２９は、通信システムの一例の概念図である。図２９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。

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を有する。上述の光検知素子はＳＮ比が優れるため図２９に示す通信システムは信頼性が高い。

図３０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１２０と配線層１３０と複数の光センサーＳとを有する。配線層１３０及び複数の光センサーＳのそれぞれは、回路基板１２０上に形成されている。

複数の光センサーＳのそれぞれは、例えば、光検知素子２００と波長フィルターＦとレンズＲとを有する。図３０では光検知素子２００を用いる例を示したが、別の実施形態及び変形例にかかる光検知素子を用いてもよい。光検知素子２００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２００は、上述のように、複数の磁性素子１０に照射された光を電気信号に置換する。光検知素子２００は、第２動作例で動作することが好ましい。

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。

レンズＲは、光を複数の磁性素子１０に向かって集光する。一つの波長フィルターＦの下方に複数の光検知素子２００が配置されている。

回路基板１２０は、例えば、アナログデジタル変換器１２１と出力端子１２２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１２１でデジタルデータに置換され、出力端子１２２から出力される。

配線層１３０は、複数の配線１３１を有する。複数の配線１３１の間には、層間絶縁膜１３２がある。配線１３１は、光センサーＳのそれぞれと回路基板１２０との間、回路基板１２０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１２０とは、例えば、層間絶縁膜１３２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１２０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。

配線１３１は、導電性を有する。配線１３１は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等である。層間絶縁膜１３２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１３２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１３２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。

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３１は、端末装置６００の一例の模式図である。図３１の左は端末装置６００の表面であり、図３１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３１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。

１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…スペーサ層、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００…磁性素子、２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１…第１磁性素子、２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２，１０２…第２磁性素子、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…第１電極、１２…第２電極、１０５…保護膜、１０６，１０７，１０８…誘電膜、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０８Ａ，２０８Ｂ，２０８Ｃ…光検知素子、１２０…回路基板、１２１…アナログデジタル変換器、１２２…出力端子、１３０…配線層、１３１…配線、１３２…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

Claims (10)

1. 複数の磁性素子を備え、
   前記複数の磁性素子のそれぞれは、光が照射される第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るスペーサ層と、を備え、
   前記複数の磁性素子のうちの少なくとも２つは、照射される前記光のスポット内に入るように配置されている、光検知素子。
2. 前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第１磁性素子と第２磁性素子とを有し、
   前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とは、前記第１強磁性層の体積が互いに異なる、請求項１に記載の光検知素子。
3. 前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記スポットの中心側にあり、
   前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記第１強磁性層の体積が大きい、請求項２に記載の光検知素子。
4. 前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第１磁性素子と第２磁性素子とを有し、
   前記第１磁性素子と前記第２磁性素子とは、前記第１強磁性層の飽和磁化が互いに異なる、請求項１～３のいずれか一項に記載の光検知素子。
5. 前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記スポットの中心側にあり、
   前記第１磁性素子は、前記第２磁性素子より前記第１強磁性層の飽和磁化が大きい、請求項４に記載の光検知素子。
6. 前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第３磁性素子と第４磁性素子とを有し、
   前記第３磁性素子の前記第１強磁性層と前記光検知素子の前記光が照射される側の面である光照射面との間に第１中間層をさらに有し、
   前記第４磁性素子の前記第１強磁性層と前記光照射面との間に第２中間層をさらに有し、
   前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記光照射面の近くにあり、
   前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記第１強磁性層の体積が大きい、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検知素子。
7. 前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第３磁性素子と第４磁性素子とを有し、
   前記第３磁性素子の前記第１強磁性層と前記光検知素子の前記光が照射される側の面である光照射面との間に第１中間層をさらに有し、
   前記第４磁性素子の前記第１強磁性層と前記光照射面との間に第２中間層をさらに有し、
   前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記光照射面の近くにあり、
   前記第３磁性素子は、前記第４磁性素子より前記第１強磁性層の飽和磁化が大きい、請求項１～６のいずれか一項に記載の光検知素子。
8. 前記複数の磁性素子は、前記スポット内に入るように配置された第５磁性素子と第６磁性素子とを有し、
   前記第５磁性素子は、前記第６磁性素子より前記スポットの中心側にあり、
   前記第５磁性素子の前記第１強磁性層と前記光検知素子の前記光が照射される側の面である光照射面との間に第３中間層をさらに有し、
   前記第６磁性素子の前記第１強磁性層と前記光照射面との間に第４中間層をさらに有し、
   前記第４中間層は、前記第３中間層より前記光の透過率が高い、請求項１～７のいずれか一項に記載の光検知素子。
9. 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。
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光センサー装置。

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