JP2023145322A - optical device - Google Patents

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健量 山根
Takekazu Yamane
哲也 柴田
Tetsuya Shibata
友人 水野
Tomohito Mizuno
英明 福澤
Hideaki Fukuzawa
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Abstract

To provide a new optical device.SOLUTION: An optical device includes a magnetic element and a light irradiation unit, the light irradiation unit irradiates the magnetic element with light, and the magnetic element includes a first ferromagnetic layer that is irradiated with light, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the magnetization of the first ferromagnetic layer is inclined with respect to both the in-plane direction in which the first ferromagnetic layer spreads and the perpendicular direction perpendicular to the plane in which the first ferromagnetic layer spreads in a state in which the magnetic element is not irradiated with light from the light irradiation unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光デバイスに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to optical devices.

光電変換素子は、様々な用途で用いられている。 Photoelectric conversion elements are used for various purposes.

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。 For example, Patent Document 1 describes a receiving device that receives an optical signal using a photodiode. The photodiode is, for example, a pn junction diode using a semiconductor pn junction, and converts light into an electrical signal.

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。 Further, for example, Patent Document 2 describes an optical sensor using a semiconductor pn junction and an image sensor using this optical sensor.

特開２００１－２９２１０７号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-292107 米国特許第９８４２８７４号明細書US Patent No. 9842874

半導体のｐｎ接合を用いた光デバイスは広く利用されているが、更なる発展のために新たな光デバイスが求められている。また、照射される光の強度を広い強度範囲にわたって検出可能な光デバイスが求められている。 Although optical devices using semiconductor pn junctions are widely used, new optical devices are required for further development. Furthermore, there is a need for an optical device that can detect the intensity of irradiated light over a wide intensity range.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、新規で、広い強度範囲にわたって光の強度を検出可能な光デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel optical device capable of detecting light intensity over a wide intensity range.

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problem, the following means are provided.

（１）第１の態様にかかる光デバイスは、磁性素子と光照射部とを備え、前記光照射部は、前記磁性素子に光を照射し、前記磁性素子は、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、前記第１強磁性層の磁化は、前記光照射部から前記磁性素子に光が照射されていない状態で、前記第１強磁性層が広がる面内方向及び前記第１強磁性層が広がる面と直交する面直方向のいずれに対しても傾いている。 (1) An optical device according to a first aspect includes a magnetic element and a light irradiation section, the light irradiation section irradiates the magnetic element with light, and the magnetic element a ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer; is tilted with respect to both the in-plane direction in which the first ferromagnetic layer spreads and the perpendicular direction perpendicular to the plane in which the first ferromagnetic layer spreads in a state in which light is not irradiated to the magnetic element. .

（２）上記態様にかかる光デバイスは、磁場印加部をさらに備え、前記磁場印加部は、前記第１強磁性層に対して磁場を印加し、前記磁場印加部は、前記光照射部から前記磁性素子に照射される光を遮らない位置にあってもよい。 (2) The optical device according to the above aspect further includes a magnetic field applying section, the magnetic field applying section applies a magnetic field to the first ferromagnetic layer, and the magnetic field applying section applies a magnetic field to the first ferromagnetic layer. It may be located at a position that does not block the light irradiated to the magnetic element.

（３）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記磁場印加部には、前記光照射部からの光が照射されなくてもよい。 (3) In the optical device according to the above aspect, the magnetic field application section may not be irradiated with light from the light irradiation section.

（４）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記磁性素子は、反強磁性層をさらに備え、前記反強磁性層は、前記第１強磁性層の前記スペーサ層と接する第１面と反対側の第２面に接してもよい。 (4) In the optical device according to the above aspect, the magnetic element further includes an antiferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer is on a side opposite to a first surface of the first ferromagnetic layer that is in contact with the spacer layer. It may be in contact with the second surface.

（５）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記反強磁性層は、酸化物を含んでもよい。 (5) In the optical device according to the above aspect, the antiferromagnetic layer may contain an oxide.

（６）上記態様にかかる光デバイスは、圧電素子をさらに備え、前記圧電素子は、前記第１強磁性層に応力を印加してもよい。 (6) The optical device according to the above aspect may further include a piezoelectric element, and the piezoelectric element may apply stress to the first ferromagnetic layer.

（７）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記圧電素子は、前記光照射部から前記磁性素子に照射される光を遮らない位置にあってもよい。 (7) In the optical device according to the above aspect, the piezoelectric element may be located at a position where it does not block light irradiated from the light irradiation section to the magnetic element.

（８）上記態様にかかる光デバイスにおいて、前記第１強磁性層は、前記面直方向から見て、長手方向の長さを短手方向の長さで割ったアスペクト比が１より大きくてもよい。 (8) In the optical device according to the above aspect, the first ferromagnetic layer may have an aspect ratio of greater than 1, which is the length in the longitudinal direction divided by the length in the transverse direction when viewed from the direction perpendicular to the surface. good.

（９）第２の態様にかかる光デバイスは、磁性素子と光照射部とを備え、前記光照射部は、前記磁性素子に光を照射し、前記磁性素子は、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、光デバイスに印加された外部磁場に対する前記磁性素子の抵抗変化を示すＲＨ曲線は、前記光照射部から前記磁性素子に光が照射されていない状態で、少なくとも、ゼロを含む外部磁場強度の範囲においてヒステリシスを示さない。 (9) The optical device according to the second aspect includes a magnetic element and a light irradiation section, the light irradiation section irradiates the magnetic element with light, and the magnetic element resistance of the magnetic element to an external magnetic field applied to an optical device, comprising a ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer; The RH curve showing the change does not exhibit hysteresis at least in a range of external magnetic field strength including zero in a state where the magnetic element is not irradiated with light from the light irradiation section.

（１０）第３の態様にかかる光デバイスは、磁性素子と光照射部とを備え、前記光照射部は、前記磁性素子に光を照射し、前記磁性素子は、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、前記第１強磁性層の磁区構造は、前記光照射部から前記磁性素子に光が照射されていない状態で、ボルテックス構造である。 (10) The optical device according to a third aspect includes a magnetic element and a light irradiation section, the light irradiation section irradiates the magnetic element with light, and the magnetic element a ferromagnetic layer, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, and the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer When the magnetic element is not irradiated with light from the top, it has a vortex structure.

上記態様にかかる光デバイスは、新規な原理で動作し、広い強度範囲にわたって光の強度を検出可能である。 The optical device according to the above aspect operates on a novel principle and is capable of detecting light intensity over a wide intensity range.

第１実施形態に係る光デバイスの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an optical device according to a first embodiment. 第１実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a photodetecting element according to a first embodiment. 第１実施形態に係る磁性素子に照射される光の強度変化と磁性素子の抵抗値との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a change in the intensity of light irradiated onto a magnetic element and a resistance value of the magnetic element according to the first embodiment. 第１実施形態に係る磁性素子のＲＨ曲線を示す図である。It is a figure showing the RH curve of the magnetic element concerning a 1st embodiment. 比較例に係る磁性素子のＲＨ曲線を示す図である。It is a figure which shows the RH curve of the magnetic element based on a comparative example. 比較例に係る磁性素子に照射される光の強度変化と比較例に係る磁性素子の抵抗値との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a change in the intensity of light irradiated onto a magnetic element according to a comparative example and a resistance value of the magnetic element according to the comparative example. 第１変形例に係る光検知素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetecting element according to a first modification. 第２実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a photodetector element according to a second embodiment. 第３実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetecting element according to a third embodiment. 第３実施形態に係る光検知素子の第１状態の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetecting element in a first state according to a third embodiment. 第３実施形態に係る光検知素子の第２状態の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the photodetecting element in a second state according to the third embodiment. 第４実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetecting element according to a fourth embodiment. 第４実施形態に係る光検知素子の別の断面図である。FIG. 7 is another cross-sectional view of the photodetecting element according to the fourth embodiment. 第５実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetecting element according to a fifth embodiment. 第６実施形態に係る光検知素子の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetector element according to a sixth embodiment. 第６実施形態に係る光検知素子の別の断面図である。FIG. 7 is another cross-sectional view of the photodetecting element according to the sixth embodiment. 第６実施形態に係る磁性素子のＲＨ曲線を示す図である。It is a figure showing the RH curve of the magnetic element concerning a 6th embodiment. 第１適用例にかかる送受信装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a transmitting/receiving device according to a first application example. 通信システムの一例の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an example of a communication system. 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。FIG. 7 is a conceptual diagram of a cross section of a photosensor device according to a second application example. 端末装置の一例の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a terminal device.

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。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to figures as appropriate. In the drawings used in the following explanation, characteristic parts may be shown enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within the scope of achieving the effects of the present invention.

方向について定義する。磁性素子１１の第１強磁性層１が広がる面内方向の一方向をｘ方向とし、面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。また第１強磁性層１が広がる面（ｘｙ平面）と直交する面直方向をｚ方向とする。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向と直交する。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電極１３から第１電極１２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。 Define direction. One in-plane direction in which the first ferromagnetic layer 1 of the magnetic element 11 spreads is defined as the x direction, and the in-plane direction orthogonal to the x direction is defined as the y direction. Further, the perpendicular direction perpendicular to the plane (xy plane) in which the first ferromagnetic layer 1 spreads is defined as the z direction. The z direction is perpendicular to the x and y directions. Hereinafter, the +z direction may be expressed as "up" and the -z direction as "down". The +z direction is a direction from the second electrode 13 to the first electrode 12. Up and down do not necessarily correspond to the direction in which gravity is applied.

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係る光デバイス１００の斜視図である。光デバイス１００は、例えば、光検知素子１０と光照射部２０とを備える。光デバイス１００は、光照射部２０から照射される光Ｌの状態または状態の変化を、光検知素子１０で電気信号に置き換える。 "First embodiment"
FIG. 1 is a perspective view of an optical device 100 according to the first embodiment. The optical device 100 includes, for example, a photodetector element 10 and a light irradiator 20. The optical device 100 uses the photodetector element 10 to convert the state or change in the state of the light L emitted from the light irradiator 20 into an electrical signal.

光照射部２０は、磁性素子１１に光Ｌを照射する。光照射部２０は、例えば、光源と光学部材との少なくとも一方を有する。光源は、例えば、レーザーダイオード、ＬＥＤ等である。光学部材は、例えば、レンズ、メタレンズ、波長フィルター、導波路、光ファイバー、リフレクタ等である。例えば、光源から出射され、光学部材を通過または光学部材で反射した光Ｌが、磁性素子１１に照射される。光照射部２０は、光学部材を有し、光源を備えていなくてもよく、光デバイス１００の外部からの光が、光照射部２０としての上記のような光学部材を通過、または光学部材で反射した後に磁性素子１１に照射されてもよい。光照射部２０は、光源を有し、光学部材を備えていなくてもよく、光照射部２０が有する光源から出射した光が、上記のような光学部材を経ずに磁性素子１１に照射されてもよい。光Ｌは、例えば、レーザー光のような単一波長の単色光である。光Ｌは単色光でなくてもよく、ある程度の幅を持つ範囲に波長が限定された光でもよいし、連続スペクトルを有する光でもよい。 The light irradiation unit 20 irradiates the magnetic element 11 with light L. The light irradiation unit 20 includes, for example, at least one of a light source and an optical member. The light source is, for example, a laser diode, an LED, or the like. Optical members include, for example, lenses, metalens, wavelength filters, waveguides, optical fibers, reflectors, and the like. For example, the magnetic element 11 is irradiated with light L that is emitted from a light source, passes through an optical member, or is reflected by an optical member. The light irradiation section 20 has an optical member and does not need to include a light source, and the light from the outside of the optical device 100 passes through the above-mentioned optical member as the light irradiation section 20 or is not provided with a light source. The magnetic element 11 may be irradiated with the light after being reflected. The light irradiation section 20 has a light source and does not need to include an optical member, and the light emitted from the light source of the light irradiation section 20 is irradiated onto the magnetic element 11 without passing through the optical member as described above. It's okay. The light L is, for example, monochromatic light with a single wavelength such as laser light. The light L does not have to be monochromatic light, and may be light whose wavelength is limited to a certain range, or light having a continuous spectrum.

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。 The light L is not limited to visible light, but also includes infrared rays, which have a longer wavelength than visible light, and ultraviolet rays, which have a shorter wavelength than visible light. The wavelength of visible light is, for example, 380 nm or more and less than 800 nm. The wavelength of the infrared rays is, for example, 800 nm or more and 1 mm or less. The wavelength of the ultraviolet rays is, for example, 200 nm or more and less than 380 nm. The light L is, for example, light that includes a high-frequency optical signal and whose intensity changes, or light that has a controlled wavelength range (for example, light that has passed through a wavelength filter). The high frequency optical signal is, for example, a signal having a frequency of 100 MHz or more.

光検知素子１０は、例えば、基板Ｓｕｂ上に形成されている。光検知素子１０は、例えば、磁性素子１１と第１電極１２と第２電極１３と磁場印加部３０とを備える。 The photodetector element 10 is formed, for example, on a substrate Sub. The photodetecting element 10 includes, for example, a magnetic element 11, a first electrode 12, a second electrode 13, and a magnetic field applying section 30.

図２は、第１実施形態にかかる光検知素子１０の断面図である。図２では、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態における強磁性体の磁化の向きを矢印で表している。第１電極１２と第２電極１３とは、磁性素子１１をｚ方向に挟む。磁場印加部３０は、磁性素子１１を例えばｘ方向に挟む位置にある。磁性素子１１及び磁場印加部３０の周囲は、絶縁層９０で覆われている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the photodetector element 10 according to the first embodiment. In FIG. 2, the direction of magnetization of the ferromagnetic material in a state where the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11 is represented by an arrow. The first electrode 12 and the second electrode 13 sandwich the magnetic element 11 in the z direction. The magnetic field application unit 30 is located at a position sandwiching the magnetic element 11 in the x direction, for example. The periphery of the magnetic element 11 and the magnetic field application section 30 is covered with an insulating layer 90.

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、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、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（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。 The insulating layer 90 is, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of Si, Al, or Mg. The insulating layer 90 is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), or aluminum oxide (Al 2 O). 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), etc.

磁性素子１１は、少なくとも第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１１は、これらの他に、バッファ層４、シード層５、強磁性層６、磁気結合層７、垂直磁化誘起層８、キャップ層９を有してもよい。バッファ層４、シード層５、強磁性層６及び磁気結合層７は、第２強磁性層２と第２電極１３との間に位置し、垂直磁化誘起層８及びキャップ層９は、第１強磁性層１と第１電極１２との間に位置する。例えば、磁性素子１１は円柱形状であり、ｚ方向から見た平面視形状が円形である。 The magnetic element 11 includes at least a first ferromagnetic layer 1 , a second ferromagnetic layer 2 , and a spacer layer 3 . The spacer layer 3 is located between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2. In addition to these, the magnetic element 11 may have a buffer layer 4, a seed layer 5, a ferromagnetic layer 6, a magnetic coupling layer 7, a perpendicular magnetization inducing layer 8, and a cap layer 9. The buffer layer 4, the seed layer 5, the ferromagnetic layer 6 and the magnetic coupling layer 7 are located between the second ferromagnetic layer 2 and the second electrode 13, and the perpendicular magnetization inducing layer 8 and the cap layer 9 are located between the second ferromagnetic layer 2 and the second electrode 13. It is located between the ferromagnetic layer 1 and the first electrode 12. For example, the magnetic element 11 has a cylindrical shape, and its planar shape viewed from the z direction is circular.

磁性素子１１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１１は、外部からの光が照射されると抵抗値が変化する。磁性素子１１は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態と第２強磁性層２の磁化Ｍ２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。 The magnetic element 11 is, for example, an MTJ (Magnetic Tunnel Junction) element in which the spacer layer 3 is made of an insulating material. The resistance value of the magnetic element 11 changes when it is irradiated with light from the outside. The magnetic element 11 changes the resistance value in the z direction (current flows in the z direction) according to the relative change between the state of magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the state of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2. (resistance value) changes. Such an element is also called a magnetoresistive element.

第１強磁性層１は、光Ｌ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１１の積層方向に流れる電流、第１強磁性層１の外部から印加される磁場である。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、照射される光Ｌの強度に応じて状態が変化する。 The first ferromagnetic layer 1 is a photodetecting layer whose magnetization state changes when irradiated with light L. The first ferromagnetic layer 1 is also called a magnetization free layer. The magnetization free layer is a layer containing a magnetic material whose magnetization state changes when a predetermined external energy is applied. The predetermined external energy is, for example, light irradiated from the outside, a current flowing in the stacking direction of the magnetic element 11, or a magnetic field applied from the outside to the first ferromagnetic layer 1. The state of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 changes depending on the intensity of the irradiated light L.

第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態で、面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾いている。磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態で、磁化Ｍ１が面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾いていると、ＲＨ曲線はヒステリシスを示さない。ＲＨ曲線は、光デバイス１００に印加された外部磁場に対する磁性素子１１の抵抗変化を示す。ここで外部磁場は、光デバイス１００の外部から印加される磁場である。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態で、例えば、ｘｙ平面内のいずれの方向及びz方向に対して傾いている。 The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted in both the in-plane direction and the perpendicular direction when the light L is not irradiated from the light irradiation section 20 to the magnetic element 11. When the magnetic element 11 is not irradiated with the light L and the magnetization M1 is tilted in both the in-plane direction and the perpendicular direction, the RH curve does not show hysteresis. The RH curve shows the resistance change of the magnetic element 11 with respect to the external magnetic field applied to the optical device 100. The external magnetic field here is a magnetic field applied from outside the optical device 100. The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted, for example, with respect to any direction in the xy plane and the z direction when the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11.

第１強磁性層１は、例えば、面直方向（ｚ方向）に磁化容易軸を有する垂直磁化膜である。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、後述する磁場印加部３０から面内方向の成分を持つ磁場が印加されることで、面直方向から面内方向のいずれかの方向（例えばｘ方向）に向かって傾く。ここで、磁場印加部３０から第１強磁性層１に印加される磁場は、光デバイス１００の内部で生じる磁場であり、光デバイス１００の外部から印加される外部磁場と区別され、光デバイス１００の外部から印加される外部磁場には含まれない。 The first ferromagnetic layer 1 is, for example, a perpendicularly magnetized film having an axis of easy magnetization in the perpendicular direction (z direction). The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is changed in any direction from the perpendicular direction to the in-plane direction (for example, the x direction) by applying a magnetic field having an in-plane component from a magnetic field application unit 30, which will be described later. lean towards. Here, the magnetic field applied from the magnetic field application unit 30 to the first ferromagnetic layer 1 is a magnetic field generated inside the optical device 100, and is distinguished from an external magnetic field applied from outside the optical device 100. It is not included in the external magnetic field applied from outside.

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。 The first ferromagnetic layer 1 includes a ferromagnetic material. The first ferromagnetic layer 1 contains, for example, at least one of a magnetic element such as Co, Fe, or Ni. The first ferromagnetic layer 1 may contain elements such as B, Mg, Hf, and Gd in addition to the above-mentioned magnetic elements. The first ferromagnetic layer 1 may be, for example, an alloy containing a magnetic element and a nonmagnetic element. The first ferromagnetic layer 1 may be composed of a plurality of layers. The first ferromagnetic layer 1 is, for example, a CoFeB alloy, a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between Fe layers, or a laminate in which a CoFeB alloy layer is sandwiched between CoFe layers.

また第１強磁性層１は、磁性層と非磁性層とが交互に積層された積層体でもよく、例えば、ＣｏとＰｔとが交互に積層された積層体、ＣｏとＮｉとが交互に積層された積層体でもよい。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。 Further, the first ferromagnetic layer 1 may be a laminate in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately laminated, such as a laminate in which Co and Pt are alternately laminated, or a laminate in which Co and Ni are alternately laminated. It may also be a laminate. Generally, "ferromagnetism" includes "ferrimagnetism." The first ferromagnetic layer 1 may exhibit ferrimagnetism. On the other hand, the first ferromagnetic layer 1 may exhibit ferromagnetism other than ferrimagnetism. For example, CoFeB alloy exhibits ferromagnetism but not ferrimagnetism.

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。 The thickness of the first ferromagnetic layer 1 is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. The thickness of the first ferromagnetic layer 1 is preferably, for example, 1 nm or more and 2 nm or less. When the first ferromagnetic layer 1 is a perpendicularly magnetized film, if the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is thin, the effect of applying perpendicular magnetic anisotropy from the layers above and below the first ferromagnetic layer 1 becomes stronger. 1. The perpendicular magnetic anisotropy of the ferromagnetic layer 1 increases. In other words, when the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 is high, the force that tends to cause the magnetization to return to the z direction becomes stronger. On the other hand, when the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is thick, the effect of applying perpendicular magnetic anisotropy from the layers above and below the first ferromagnetic layer 1 is relatively weakened, and the perpendicular magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 is Anisotropy weakens.

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。 As the thickness of the first ferromagnetic layer 1 becomes thinner, its volume as a ferromagnetic material becomes smaller, and as it becomes thicker, its volume as a ferromagnetic material becomes larger. The responsiveness of the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 when external energy is applied is determined by the product (KuV) of the magnetic anisotropy (Ku) and the volume (V) of the first ferromagnetic layer 1. be inversely proportional. That is, as the product of the magnetic anisotropy and the volume of the first ferromagnetic layer 1 becomes smaller, the reactivity to light increases. From this point of view, in order to enhance the response to light, it is preferable to appropriately design the magnetic anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 and then reduce the volume of the first ferromagnetic layer 1.

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。 If the film thickness of the first ferromagnetic layer 1 is thicker than 2 nm, an insertion layer made of, for example, Mo or W may be provided in the first ferromagnetic layer 1. That is, the first ferromagnetic layer 1 may be a laminate in which a ferromagnetic layer, an insertion layer, and a ferromagnetic layer are sequentially stacked in the z direction. The perpendicular magnetic anisotropy of the entire first ferromagnetic layer 1 increases due to the interfacial magnetic anisotropy at the interface between the insertion layer and the ferromagnetic layer. The thickness of the insertion layer is, for example, 0.1 nm to 0.6 nm.

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、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。図２に示す例では、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向はｚ方向である。 The second ferromagnetic layer 2 is a magnetization fixed layer. The magnetization fixed layer is a layer made of a magnetic material whose magnetization state is less likely to change than that of the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. For example, the direction of magnetization of a magnetization fixed layer is less likely to change than that of a magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. Further, for example, the magnitude of magnetization of the magnetization fixed layer is less likely to change than that of the magnetization free layer when a predetermined external energy is applied. The coercive force of the second ferromagnetic layer 2 is larger than the coercive force of the first ferromagnetic layer 1, for example. The second ferromagnetic layer 2 may be an in-plane magnetization film or a perpendicular magnetization film. In the example shown in FIG. 2, the direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 is the z direction.

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。 The material constituting the second ferromagnetic layer 2 is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 1. The second ferromagnetic layer 2 may be, for example, a multilayer film in which Co with a thickness of 0.4 nm to 1.0 nm and Pt with a thickness of 0.4 nm to 1.0 nm are alternately laminated several times. The second ferromagnetic layer 2 is, for example, Co with a thickness of 0.4 nm to 1.0 nm, Mo with a thickness of 0.1 nm to 0.5 nm, CoFeB alloy with a thickness of 0.3 nm to 1.0 nm, or 0.3 nm. A laminate in which Fe layers having a thickness of 1.0 nm to 1.0 nm are sequentially stacked may be used.

第２強磁性層２の磁化Ｍ２は、例えば、磁気結合層７を挟んだ強磁性層６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７及び強磁性層６を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。磁気結合層７及び強磁性層６の詳細は、後述する。 The magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 may be fixed, for example, by magnetic coupling with the ferromagnetic layer 6 with the magnetic coupling layer 7 interposed therebetween. In this case, the combination of the second ferromagnetic layer 2, magnetic coupling layer 7, and ferromagnetic layer 6 may be referred to as a magnetization fixed layer. Details of the magnetic coupling layer 7 and the ferromagnetic layer 6 will be described later.

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は、例えば非磁性層である。スペーサ層３の膜厚は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層２の磁化Ｍ２の配向方向に応じて調整できる。 The spacer layer 3 is a layer disposed between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2. The spacer layer 3 is a layer made of a conductor, an insulator, or a semiconductor, or a layer including a conductive point made of a conductor in an insulator. Spacer layer 3 is, for example, a nonmagnetic layer. The thickness of the spacer layer 3 can be adjusted depending on the orientation direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2.

例えば、スペーサ層３が絶縁体からなる場合は、磁性素子１１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１１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１１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１１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。 For example, when the spacer layer 3 is made of an insulator, the magnetic element 11 has a magnetic tunnel junction (MTJ) consisting of the first ferromagnetic layer 1, the spacer layer 3, and the second ferromagnetic layer 2. . Such an element is called an MTJ element. In this case, the magnetic element 11 can exhibit a tunnel magnetoresistance (TMR) effect. For example, when the spacer layer 3 is made of metal, the magnetic element 11 can exhibit a giant magnetoresistance (GMR) effect. Such an element is called a GMR element. The magnetic element 11 may be called a MTJ element, a GMR element, etc. depending on the constituent material of the spacer layer 3, but is also collectively called a magnetoresistive element.

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、これら絶縁材料は、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。 When the spacer layer 3 is made of an insulating material, a material containing aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silicon oxide, or the like can be used as the material of the spacer layer 3. Further, these insulating materials may contain elements such as Al, B, Si, and Mg, and magnetic elements such as Co, Fe, and Ni. By adjusting the thickness of the spacer layer 3 so that a high TMR effect is produced between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2, a high magnetoresistive rate can be obtained. In order to utilize the TMR effect efficiently, the thickness of the spacer layer 3 may be approximately 0.5 to 5.0 nm, or approximately 1.0 to 2.5 nm.

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。 When the spacer layer 3 is made of a nonmagnetic conductive material, a conductive material such as Cu, Ag, Au, or Ru can be used. In order to utilize the GMR effect efficiently, the thickness of the spacer layer 3 may be approximately 0.5 to 5.0 nm, or approximately 2.0 to 3.0 nm.

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。 When the spacer layer 3 is made of a nonmagnetic semiconductor material, materials such as zinc oxide, indium oxide, tin oxide, germanium oxide, gallium oxide, or ITO can be used. In this case, the thickness of the spacer layer 3 may be approximately 1.0 to 4.0 nm.

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。 When applying a layer including conductive points made of a conductor in a non-magnetic insulator as the spacer layer 3, a non-magnetic material such as Cu, Au, Al, etc. is added to the non-magnetic insulator made of aluminum oxide or magnesium oxide. The structure may include a current-carrying point formed by a conductor. Further, the conductor may be made of a magnetic element such as Co, Fe, or Ni. In this case, the thickness of the spacer layer 3 may be approximately 1.0 to 2.5 nm. The energizing point is, for example, a columnar body with a diameter of 1 nm or more and 5 nm or less when viewed from a direction perpendicular to the film surface.

強磁性層６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２強磁性層２の磁化Ｍ２の向きと強磁性層６の磁化Ｍ６の向きとは反平行の関係である。強磁性層６を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１と同様である。 The ferromagnetic layer 6 is magnetically coupled to the second ferromagnetic layer 2, for example. The magnetic coupling is, for example, antiferromagnetic coupling and is caused by RKKY interaction. The direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 and the direction of magnetization M6 of the ferromagnetic layer 6 are in an antiparallel relationship. The material constituting the ferromagnetic layer 6 is, for example, the same as that of the first ferromagnetic layer 1.

磁気結合層７は、第２強磁性層２と強磁性層６との間に位置する。磁気結合層７は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ等である。 The magnetic coupling layer 7 is located between the second ferromagnetic layer 2 and the ferromagnetic layer 6. The magnetic coupling layer 7 is made of, for example, Ru, Ir, or the like.

バッファ層４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４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４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４の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。バッファ層４は、例えば、非晶質である。バッファ層４は、例えば、シード層５と第２電極１３との間に位置し、第２電極１３に接する。バッファ層４は、第２電極１３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。 Buffer layer 4 is a layer that alleviates lattice mismatch between different crystals. The buffer layer 4 includes, for example, a metal containing at least one element selected from the group consisting of Ta, Ti, Zr, and Cr, or at least one element selected from the group consisting of Ta, Ti, Zr, and Cu. It is a nitride. More specifically, the buffer layer 4 is made of, for example, Ta (single substance), NiCr alloy, TaN (tantalum nitride), or CuN (copper nitride). The thickness of the buffer layer 4 is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less. Buffer layer 4 is, for example, amorphous. For example, the buffer layer 4 is located between the seed layer 5 and the second electrode 13 and is in contact with the second electrode 13. The buffer layer 4 suppresses the influence of the crystal structure of the second electrode 13 on the crystal structure of the second ferromagnetic layer 2 .

シード層５は、シード層５上に積層される層の結晶性を高める。シード層５は、例えば、バッファ層４と強磁性層６との間に位置し、バッファ層４上にある。シード層５は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｚｒ、ＮｉＦｅＣｒである。シード層５の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。 Seed layer 5 improves the crystallinity of the layer laminated on seed layer 5. Seed layer 5 is located, for example, between buffer layer 4 and ferromagnetic layer 6 and on buffer layer 4 . The seed layer 5 is made of, for example, Pt, Ru, Zr, or NiFeCr. The film thickness of the seed layer 5 is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less.

キャップ層９は、第１強磁性層１と第１電極１２との間にある。キャップ層９は、第１強磁性層１上に積層されて第１強磁性層１と接する垂直磁化誘起層８を含んでいてもよい。キャップ層９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９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１０ｎｍ以下である。 Cap layer 9 is between first ferromagnetic layer 1 and first electrode 12 . The cap layer 9 may include a perpendicular magnetization inducing layer 8 stacked on the first ferromagnetic layer 1 and in contact with the first ferromagnetic layer 1 . The cap layer 9 prevents damage to the underlying layer during the process and improves the crystallinity of the underlying layer during annealing. The thickness of the cap layer 9 is, for example, 10 nm or less so that the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with sufficient light.

垂直磁化誘起層８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８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８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８の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下である。 The perpendicular magnetization inducing layer 8 induces perpendicular magnetic anisotropy in the first ferromagnetic layer 1 . The perpendicular magnetization inducing layer 8 is made of, for example, magnesium oxide, W, Ta, Mo, or the like. When the perpendicular magnetization inducing layer 8 is made of magnesium oxide, it is preferable that the magnesium oxide is deficient in oxygen in order to improve conductivity. The thickness of the perpendicular magnetization inducing layer 8 is, for example, 0.5 nm or more and 5.0 nm or less.

第１電極１２は、例えば、磁性素子１１に光が照射される側に配置される。光Ｌは、第１電極１２側から磁性素子１１に照射され、少なくとも第１強磁性層１に照射される。第１電極１２は、導電性を有する材料からなる。第１電極１２は、例えば、使用波長域の光に対して透過性を有する透明電極である。第１電極１２は、例えば、使用波長域の光の８０％以上を透過することが好ましい。 The first electrode 12 is arranged, for example, on the side where the magnetic element 11 is irradiated with light. The light L is irradiated onto the magnetic element 11 from the first electrode 12 side, and is irradiated onto at least the first ferromagnetic layer 1 . The first electrode 12 is made of a conductive material. The first electrode 12 is, for example, a transparent electrode that is transparent to light in the used wavelength range. It is preferable that the first electrode 12 transmits, for example, 80% or more of the light in the used wavelength range.

第１電極１２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。第１電極１２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。第１電極１２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。第１電極１２の材料として金属を用いる場合、第１電極１２の膜厚は、例えば、３～１０ｎｍである。また第１電極１２は、光が照射される照射面に反射防止膜を有してもよい。 The first electrode 12 is, for example, an oxide such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), or indium gallium zinc oxide (IGZO). The first electrode 12 may have a structure in which a plurality of columnar metals are included in a transparent electrode material of these oxides. It is not essential to use the above transparent electrode material as the first electrode 12, but by using a metal material such as Au, Cu or Al with a thin film thickness, the irradiated light can be directed to the first ferromagnetic layer 1. You may also make it reach. When metal is used as the material for the first electrode 12, the thickness of the first electrode 12 is, for example, 3 to 10 nm. Further, the first electrode 12 may have an antireflection film on the irradiation surface that is irradiated with light.

第２電極１３は、磁性素子１１を挟んで第１電極１２と反対側にある。第２電極１３は、導電性を有する材料からなる。第２電極１３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、第２電極１３として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。第２電極１３の膜厚は、例えば２００ｎｍ～８００ｎｍである。 The second electrode 13 is located on the opposite side of the first electrode 12 with the magnetic element 11 interposed therebetween. The second electrode 13 is made of a conductive material. The second electrode 13 is made of metal such as Cu, Al, or Au, for example. Ta or Ti may be laminated above and below these metals. Further, a laminated film of Cu and Ta, a laminated film of Ta, Cu, and Ti, a laminated film of Ta, Cu, and TaN may be used. Further, as the second electrode 13, TiN or TaN may be used. The thickness of the second electrode 13 is, for example, 200 nm to 800 nm.

第２電極１３は、磁性素子１１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。第２電極１３の材料として、第１電極１２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。第１電極１２のほうから光Ｌが照射される場合においても、光Ｌの強度によっては光が第２電極１３まで到達する場合もありうるが、この場合、第２電極１３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、第２電極１３が金属で構成されている場合に比べて、第２電極１３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。 The second electrode 13 may be transparent to the light irradiated onto the magnetic element 11. As for the material of the second electrode 13, similar to the first electrode 12, for example, oxides such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), and indium gallium zinc oxide (IGZO) can be used. Transparent electrode materials may also be used. Even when the light L is irradiated from the first electrode 12, the light may reach the second electrode 13 depending on the intensity of the light L, but in this case, the second electrode 13 is made of transparent oxide. By including the electrode material, reflection of light at the interface between the second electrode 13 and the layer in contact with it can be suppressed, compared to when the second electrode 13 is made of metal.

磁場印加部３０は、第１強磁性層１に対して磁場を印加する。磁場印加部３０は、光照射部２０から磁性素子１１に照射される光を遮らない位置にある。磁場印加部３０は、例えば、光照射部２０の光出射端と磁性素子１１とを結ぶ線分と交差しない位置にある。 The magnetic field applying section 30 applies a magnetic field to the first ferromagnetic layer 1 . The magnetic field application section 30 is located at a position where it does not block the light irradiated onto the magnetic element 11 from the light irradiation section 20 . For example, the magnetic field application section 30 is located at a position that does not intersect with a line segment connecting the light emitting end of the light irradiation section 20 and the magnetic element 11.

磁場印加部３０は、例えば、第１硬磁性層３１と第２硬磁性層３２とを有する。第１硬磁性層３１の一面には、第１遮光層３３がある。第２硬磁性層３２の一面には、第２遮光層３４がある。 The magnetic field application unit 30 includes, for example, a first hard magnetic layer 31 and a second hard magnetic layer 32. A first light shielding layer 33 is provided on one surface of the first hard magnetic layer 31 . A second light shielding layer 34 is provided on one surface of the second hard magnetic layer 32 .

第１硬磁性層３１と第２硬磁性層３２とは、それぞれ、ｚ方向と直交するいずれかの方向から見て、第１強磁性層１と重なる位置にある。第１硬磁性層３１と第２硬磁性層３２とは、例えば、絶縁層９０を介して、面内方向のいずれかの方向（例えば、ｘ方向）に第１強磁性層１を挟む。 The first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 are each located at a position overlapping the first ferromagnetic layer 1 when viewed from either direction orthogonal to the z direction. The first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 sandwich the first ferromagnetic layer 1 in any in-plane direction (for example, the x direction) via the insulating layer 90, for example.

第１硬磁性層３１及び第２硬磁性層３２は、硬磁性体である。第１硬磁性層３１及び第２硬磁性層３２は、面内方向に磁化容易軸を有する面内磁化膜である。第１硬磁性層３１の磁化Ｍ３１及び第２硬磁性層３２の磁化Ｍ３２は、例えば、ｘ方向に配向している。 The first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 are hard magnetic materials. The first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 are in-plane magnetized films having easy magnetization axes in the in-plane direction. The magnetization M31 of the first hard magnetic layer 31 and the magnetization M32 of the second hard magnetic layer 32 are, for example, oriented in the x direction.

第１硬磁性層３１と第２硬磁性層３２との間に生じる漏れ磁場が、第１強磁性層１にバイアス磁場として印加される。バイアス磁場が磁化Ｍ１に作用し、磁化Ｍ１は、面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾く。 A leakage magnetic field generated between the first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 is applied to the first ferromagnetic layer 1 as a bias magnetic field. A bias magnetic field acts on the magnetization M1, and the magnetization M1 is inclined both in the in-plane direction and in the perpendicular direction.

磁場印加部３０は、第１遮光層３３及び第２遮光層３４によって、光照射部２０からの光Ｌが照射されない。第１遮光層３３は、第１硬磁性層３１に光Ｌが照射されることを防止する。第２遮光層３４は、第２硬磁性層３２に光Ｌが照射されることを防止する。磁場印加部３０に光Ｌが照射されないようにすることで、光Ｌの状態が変わることで、第１硬磁性層３１及び第２硬磁性層３２の磁化状態が変化することを抑制できる。第１遮光層３３及び第２遮光層３４は、例えば、タングステン、タンタル、チタン等である。 The magnetic field application section 30 is not irradiated with the light L from the light irradiation section 20 due to the first light blocking layer 33 and the second light blocking layer 34 . The first light shielding layer 33 prevents the first hard magnetic layer 31 from being irradiated with the light L. The second light shielding layer 34 prevents the second hard magnetic layer 32 from being irradiated with the light L. By preventing the light L from being irradiated to the magnetic field application unit 30, it is possible to suppress changes in the magnetization states of the first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 due to changes in the state of the light L. The first light shielding layer 33 and the second light shielding layer 34 are made of, for example, tungsten, tantalum, titanium, or the like.

第１遮光層３３及び第２遮光層３４は、磁場印加部３０に光Ｌが照射されない場合は、無くてもよい。例えば、磁場印加部３０が磁性素子１１から十分離れている場合や、レンズ等で光Ｌが磁性素子１１に向かって集束している場合は、磁場印加部３０に光Ｌが照射されない。 The first light shielding layer 33 and the second light shielding layer 34 may be omitted if the magnetic field applying section 30 is not irradiated with the light L. For example, when the magnetic field application section 30 is sufficiently far away from the magnetic element 11 or when the light L is focused toward the magnetic element 11 by a lens or the like, the magnetic field application section 30 is not irradiated with the light L.

次いで、磁性素子１１の動作のメカニズムについて説明する。図３は、第１実施形態に係る磁性素子１１に照射される光Ｌの強度変化と磁性素子１１の抵抗値との関係を示す図である。図３の横軸は、磁性素子１１に照射される光Ｌの強度であり、縦軸は磁性素子１１の抵抗値である。 Next, the mechanism of operation of the magnetic element 11 will be explained. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the intensity change of the light L applied to the magnetic element 11 and the resistance value of the magnetic element 11 according to the first embodiment. The horizontal axis in FIG. 3 is the intensity of the light L irradiated to the magnetic element 11, and the vertical axis is the resistance value of the magnetic element 11.

磁性素子１１からの出力電圧は、第１強磁性層１に照射される光Ｌの強度変化により変化する。磁性素子１１からの出力電圧の変化に寄与するのは、磁性素子１１の積層方向の抵抗値変化である。 The output voltage from the magnetic element 11 changes depending on the intensity change of the light L applied to the first ferromagnetic layer 1 . What contributes to the change in the output voltage from the magnetic element 11 is a change in the resistance value in the stacking direction of the magnetic element 11.

磁性素子１１は、光照射部２０からの光Ｌが磁性素子１１に照射されていない状態（以下、初期状態と称する）で、第１抵抗値Ｒ１を示す。磁性素子１１のｚ方向の抵抗値は、磁性素子１１のｚ方向にセンス電流を流すことで、磁性素子１１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１１からの出力電圧は、第１電極１２と第２電極１３との間に発生する。初期状態では、磁性素子１１から出力される出力電圧は第１の値を示す。 The magnetic element 11 exhibits a first resistance value R1 in a state in which the light L from the light irradiation section 20 is not irradiated onto the magnetic element 11 (hereinafter referred to as an initial state). The resistance value of the magnetic element 11 in the z direction is determined by flowing a sense current in the z direction of the magnetic element 11, which generates a voltage across both ends of the magnetic element 11 in the z direction, and using Ohm's law from the voltage value. It will be done. The output voltage from the magnetic element 11 is generated between the first electrode 12 and the second electrode 13. In the initial state, the output voltage output from the magnetic element 11 shows the first value.

第１強磁性層１に光Ｌが照射されると、光Ｌ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。また第１強磁性層１に照射される光Ｌの強度が変化すると、光Ｌの強度に応じて、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の傾きの度合いが変化する。第１強磁性層１に照射される光Ｌの強度が大きくなるほど、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の初期状態に対する傾きは大きくなる。例えば、初期状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と光Ｌが照射された状態における磁化Ｍ１の方向との角度は、０°より大きく９０°より小さい。 When the first ferromagnetic layer 1 is irradiated with the light L, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted from its initial state due to external energy caused by the irradiation of the light L. Further, when the intensity of the light L irradiated to the first ferromagnetic layer 1 changes, the degree of inclination of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 changes depending on the intensity of the light L. As the intensity of the light L applied to the first ferromagnetic layer 1 increases, the slope of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 with respect to the initial state increases. For example, the angle between the direction of magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 in the initial state and the direction of magnetization M1 in the state where the light L is irradiated is greater than 0° and smaller than 90°.

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１１のｚ方向の抵抗値は初期状態から変化する。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１１のｚ方向の抵抗値は、徐々に大きくなる。磁性素子１１のｚ方向の抵抗値が変化すると、磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流は変化する。例えば、磁性素子１１の抵抗値が大きくなるほど、磁性素子１１からの出力電圧は大きくなる。また磁性素子１１が定電圧源に接続されている場合、磁性素子１１の抵抗値が大きくなるほど、磁性素子１１からの出力電流は小さくなる。 When the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 tilts from its initial state, the resistance value of the magnetic element 11 in the z direction changes from its initial state. For example, depending on the inclination of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, the resistance value of the magnetic element 11 in the z direction gradually increases. When the resistance value of the magnetic element 11 in the z direction changes, the output voltage or output current from the magnetic element 11 changes. For example, the greater the resistance value of the magnetic element 11, the greater the output voltage from the magnetic element 11. Further, when the magnetic element 11 is connected to a constant voltage source, the output current from the magnetic element 11 becomes smaller as the resistance value of the magnetic element 11 becomes larger.

磁性素子１１に照射される光Ｌの強度が変化した際に、磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流（磁性素子１１の積層方向の抵抗値）は変化する。したがって、磁性素子１１は、光Ｌの強度を磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流（磁性素子１１の抵抗値）として検出できる。 When the intensity of the light L applied to the magnetic element 11 changes, the output voltage or output current (the resistance value in the stacking direction of the magnetic element 11) from the magnetic element 11 changes. Therefore, the magnetic element 11 can detect the intensity of the light L as an output voltage or output current (resistance value of the magnetic element 11) from the magnetic element 11.

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するので、光照射部２０から光Ｌが磁性素子１１に照射されなくなると、磁性素子１１の磁化Ｍ１は初期状態に戻る。磁化Ｍ１が初期状態に戻ると、磁性素子１１の積層方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ１に戻り、磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流は第１の値に戻る。 Since a spin transfer torque in the same direction as the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 acts on the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1, when the light L is no longer irradiated from the light irradiation section 20 to the magnetic element 11, the magnetic The magnetization M1 of the element 11 returns to its initial state. When the magnetization M1 returns to the initial state, the resistance value of the magnetic element 11 in the stacking direction returns to the first resistance value R1, and the output voltage or output current from the magnetic element 11 returns to the first value.

磁性素子１１からの出力電圧は、第１強磁性層１に照射される光Ｌの強度の変化に対応して変化し、磁性素子１１は、照射される光Ｌの強度の変化を磁性素子１１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１１は、光を電気信号に置き換えることができる。 The output voltage from the magnetic element 11 changes in accordance with the change in the intensity of the light L irradiated to the first ferromagnetic layer 1. It can be converted into a change in output voltage from . That is, the magnetic element 11 can replace light with an electrical signal.

図４は、第１実施形態に係る光デバイス１００に対して、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向（この例ではｚ方向）に印加された外部磁場に対する磁性素子１１の抵抗変化を示すＲＨ曲線（以下、「磁性素子１１のＲＨ曲線」ともいう）を示す図である。図４に示すグラフにおいて、Ｈで表現される外部磁場は、図２に示される＋ｚ方向の外部磁場がマイナスの符号になるように表現されている。光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が面内方向及び面直方向に対して傾いているため、磁性素子１１のＲＨ曲線はヒステリシスを示さない。つまり、外部磁場の大きさの広い範囲にわたって、外部磁場の大きさに応じて、磁性素子１１の第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態（磁化Ｍ１の方向）が変化する。光デバイス１００に対する外部磁場の印加は、外部からの磁性素子１１に対するエネルギーの印加の一例であるが、磁性素子１１に対する光Ｌの照射も、同様に外部からのエネルギーの印加である。そのため、光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて、磁性素子１１の第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態（磁化Ｍ１の方向）が変化する。従って、図３に示すように、光Ｌの広い強度範囲にわたって、磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流（磁性素子１１の抵抗値）は、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。 FIG. 4 shows the resistance change of the magnetic element 11 in response to an external magnetic field applied in the direction of the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 (the z direction in this example) for the optical device 100 according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing an RH curve (hereinafter also referred to as "RH curve of the magnetic element 11"). In the graph shown in FIG. 4, the external magnetic field expressed by H is expressed so that the external magnetic field in the +z direction shown in FIG. 2 has a negative sign. Since the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined with respect to the in-plane direction and the perpendicular direction when the light L is not irradiated to the magnetic element 11 from the light irradiation unit 20, the RH curve of the magnetic element 11 shows no hysteresis. That is, the state of magnetization M1 (direction of magnetization M1) of the first ferromagnetic layer 1 of the magnetic element 11 changes depending on the magnitude of the external magnetic field over a wide range of magnitude of the external magnetic field. Application of an external magnetic field to the optical device 100 is an example of applying energy to the magnetic element 11 from the outside, but irradiation of the light L to the magnetic element 11 is also an example of applying energy from the outside. Therefore, over a wide intensity range of the light L, the state of the magnetization M1 (direction of the magnetization M1) of the first ferromagnetic layer 1 of the magnetic element 11 changes according to the change in the intensity of the light L. Therefore, as shown in FIG. 3, over a wide intensity range of the light L, the output voltage or output current (resistance value of the magnetic element 11) from the magnetic element 11 changes continuously in accordance with changes in the intensity of the light L. .

図５は、比較例に係る磁性素子のＲＨ曲線（比較例に係る光デバイスに印加されたｚ方向の外部磁場に対する、比較例に係る磁性素子の抵抗変化を示すＲＨ曲線）を示す図である。図５に示すグラフにおいて、Ｈで表現される外部磁場は、図５中の磁性素子の模式図における上方向（磁化Ｍ２’の磁化方向）の外部磁場がマイナスの符号になるように表現されている。比較例に係る磁性素子は、比較例に係る磁性素子に光Ｌが照射されていない状態で、第１強磁性層１の磁化Ｍ１がｚ方向に配向している点以外は、第１実施形態に係る磁性素子１１と同じである。比較例に係る磁性素子は、第１強磁性層１’と、第２強磁性層２’と、これらに挟まれるスペーサ層３’と、を備える。比較例に係る磁性素子は、比較例に係る磁性素子に光Ｌが照射されていない状態で、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、平行又は反平行である。図５に示すように、比較例に係る磁性素子の第１強磁性層１’の磁化Ｍ１’と第２強磁性層２’の磁化Ｍ２’とは、平行又は反平行である状態が安定した状態である。比較例に係る磁性素子に光Ｌが照射されていない状態で、比較例に係る磁性素子のＲＨ曲線はヒステリシスを示す。 FIG. 5 is a diagram showing an RH curve of a magnetic element according to a comparative example (an RH curve showing a resistance change of a magnetic element according to a comparative example with respect to an external magnetic field in the z direction applied to an optical device according to a comparative example). . In the graph shown in FIG. 5, the external magnetic field expressed by H is expressed such that the external magnetic field in the upward direction (the magnetization direction of magnetization M2') in the schematic diagram of the magnetic element in FIG. 5 has a negative sign. There is. The magnetic element according to the comparative example is the same as the first embodiment except that the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is oriented in the z direction when the magnetic element according to the comparative example is not irradiated with light L. This is the same as the magnetic element 11 according to . The magnetic element according to the comparative example includes a first ferromagnetic layer 1', a second ferromagnetic layer 2', and a spacer layer 3' sandwiched therebetween. In the magnetic element according to the comparative example, in a state where the magnetic element according to the comparative example is not irradiated with light L, the magnetization M1' of the first ferromagnetic layer 1' and the magnetization M2' of the second ferromagnetic layer 2' are , parallel or antiparallel. As shown in FIG. 5, the magnetization M1' of the first ferromagnetic layer 1' and the magnetization M2' of the second ferromagnetic layer 2' of the magnetic element according to the comparative example are stably parallel or antiparallel. state. In a state where the magnetic element according to the comparative example is not irradiated with the light L, the RH curve of the magnetic element according to the comparative example shows hysteresis.

図６は、比較例に係る磁性素子に照射される光Ｌの強度変化と、比較例に係る磁性素子の抵抗値との関係を示す図である。図６の横軸は、比較例に係る磁性素子に照射される光Ｌの強度であり、縦軸は比較例に係る磁性素子の抵抗値である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the intensity change of the light L applied to the magnetic element according to the comparative example and the resistance value of the magnetic element according to the comparative example. The horizontal axis of FIG. 6 is the intensity of the light L irradiated to the magnetic element according to the comparative example, and the vertical axis is the resistance value of the magnetic element according to the comparative example.

比較例に係る磁性素子は、光照射部２０からの光Ｌが比較例に係る磁性素子に照射されていない状態で、第１抵抗値Ｒ１’を示す。比較例に係る磁性素子は、比較例に係る磁性素子に光Ｌが照射されていない状態で、第１強磁性層１’の磁化Ｍ１’と第２強磁性層２’の磁化Ｍ２’が安定な状態である。そのため、第１強磁性層１’に照射される光Ｌの強度が小さく、一定の閾値以下の場合は、第１強磁性層１’の磁化Ｍ１’はほとんど変化しない。第１強磁性層１’に閾値を超える強度の光Ｌが照射されると、第１強磁性層１’の磁化Ｍ１’は変化する。第１強磁性層１’に照射される光Ｌの強度が大きくなるほど、第１強磁性層１’の磁化Ｍ１’のｚ方向に対する傾きは大きくなる。 The magnetic element according to the comparative example exhibits the first resistance value R1' in a state where the light L from the light irradiation section 20 is not irradiated to the magnetic element according to the comparative example. In the magnetic element according to the comparative example, the magnetization M1' of the first ferromagnetic layer 1' and the magnetization M2' of the second ferromagnetic layer 2' are stable in a state where the magnetic element according to the comparative example is not irradiated with the light L. It is in a state of Therefore, when the intensity of the light L irradiated to the first ferromagnetic layer 1' is small and is below a certain threshold, the magnetization M1' of the first ferromagnetic layer 1' hardly changes. When the first ferromagnetic layer 1' is irradiated with light L having an intensity exceeding a threshold value, the magnetization M1' of the first ferromagnetic layer 1' changes. As the intensity of the light L applied to the first ferromagnetic layer 1' increases, the inclination of the magnetization M1' of the first ferromagnetic layer 1' with respect to the z direction increases.

そのため、図６に示すように、磁性素子のｚ方向の抵抗値は、光Ｌの強度が閾値以下の場合は光Ｌの強度によらずほぼ一定の値（第１抵抗値Ｒ１’）を示し、光Ｌの強度が閾値を超えると、光Ｌの強度に応じて、変化する。また磁性素子からの出力電圧又は出力電流も、光Ｌの強度が閾値以下の場合は光Ｌの強度によらずほぼ一定の値を示し、光Ｌの強度が閾値を超える場合は光Ｌの強度に応じて変化する。 Therefore, as shown in FIG. 6, the resistance value of the magnetic element in the z direction exhibits an almost constant value (first resistance value R1') regardless of the intensity of the light L when the intensity of the light L is below the threshold value. , when the intensity of the light L exceeds the threshold value, changes depending on the intensity of the light L. In addition, the output voltage or output current from the magnetic element also exhibits a nearly constant value regardless of the intensity of the light L when the intensity of the light L is below the threshold, and when the intensity of the light L exceeds the threshold It changes depending on.

光検知素子１０において、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌ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の方向と面直方向との間の角度は、例えば、５°以上でもよく、２０°以上でもよく、３５°以上でもよい。このようにすることで、第１強磁性層１に照射される光Ｌの強度が小さい範囲であっても、光Ｌの強度変化に応じて、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態（磁化Ｍ１の方向）がより確実に変化し、磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流（磁性素子１１の抵抗値）を、光Ｌの強度変化に応じてより確実に連続的に変化させることができる。また、光検知素子１０において、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌ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の方向と面直方向との間の角度は、例えば、８５°以下でもよく、７０°以下でもよく、５５°以下でもよい。このようにすることで、光Ｌの強度変化に対する磁化Ｍ１の可動範囲をより確実に確保できるため、光Ｌの強度の検出範囲をより確実に確保できる。 In the photodetecting element 10, the angle between the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the perpendicular direction when the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11 is, for example, 5°. The angle may be greater than 20 degrees, or may be greater than 35 degrees. By doing this, even if the intensity of the light L irradiated to the first ferromagnetic layer 1 is in a small range, the state of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 ( The direction of magnetization M1) changes more reliably, and the output voltage or output current (resistance value of the magnetic element 11) from the magnetic element 11 can be changed more reliably and continuously in accordance with changes in the intensity of the light L. can. Further, in the photodetecting element 10, the angle between the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the perpendicular direction when the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11 is, for example, The angle may be 85° or less, 70° or less, or 55° or less. By doing so, the movable range of the magnetization M1 with respect to changes in the intensity of the light L can be more reliably secured, and therefore the detection range of the intensity of the light L can be more reliably secured.

光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態（初期状態）における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と面直方向との間の角度は、初期状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向との間の角度と、初期状態における第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向と面直方向との関係と、から求めることができる。 The angle between the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the perpendicular direction in the state where the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11 (initial state) is the first magnetization in the initial state. The angle between the direction of magnetization M1 of the magnetic layer 1 and the direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2, and the relationship between the direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 and the perpendicular direction in the initial state, It can be found from

初期状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向との間の角度は、以下の式（１）で求められる。 The angle between the direction of magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 in the initial state is determined by the following equation (1).

Figure 2023145322000002
Figure 2023145322000002

式（１）において、Ｇ０＝１／Ｒ０、ＧＰ＝１／Ｒｍｉｎ、ＧＡＰ＝１／Ｒｍａｘを満たす。Ｒ０、Ｒｍｉｎ、Ｒｍａｘは、いずれも光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態における磁性素子１１の抵抗値である。Ｒ０は、光デバイス１００に外部磁場が印加されていない状態における磁性素子１１の抵抗値である。Ｒｍｉｎは、光デバイス１００に対する外部磁場の印加強度を増加させていった際の磁性素子１１の飽和した抵抗値であり、この際の外部磁場は、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向に印加される。Ｒｍａｘは、光デバイス１００に対する外部磁場の印加強度を増加させていった際の磁性素子１１の飽和した抵抗値であり、この際の外部磁場は、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向と反対方向に印加される。 In formula (1), G 0 =1/R 0 , G P =1/R min , and G AP =1/R max are satisfied. R 0 , R min , and R max are all resistance values of the magnetic element 11 in a state where the magnetic element 11 is not irradiated with the light L from the light irradiation section 20 . R 0 is the resistance value of the magnetic element 11 in a state where no external magnetic field is applied to the optical device 100 . R min is the saturated resistance value of the magnetic element 11 when the intensity of the external magnetic field applied to the optical device 100 is increased, and the external magnetic field at this time is in the direction of the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 is applied to R max is the saturated resistance value of the magnetic element 11 when the intensity of the external magnetic field applied to the optical device 100 is increased, and the external magnetic field at this time is in the direction of the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 is applied in the opposite direction.

初期状態において、第２強磁性層２が垂直磁化膜の場合は、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向と面直方向とは平行の関係にあり、第２強磁性層２が面内磁化膜の場合は、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向と面直方向とは垂直の関係にある。 In the initial state, when the second ferromagnetic layer 2 is a perpendicularly magnetized film, the direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 is parallel to the perpendicular direction, and the second ferromagnetic layer 2 is perpendicularly magnetized. In the case of a magnetized film, the direction of magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2 and the perpendicular direction are perpendicular to each other.

上述のように、第１実施形態にかかる光デバイス１００は、磁性素子１１からの出力が、磁性素子１１に照射される光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。したがって、光デバイス１００は、光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度を検出できる。 As described above, the optical device 100 according to the first embodiment continuously outputs the output from the magnetic element 11 according to the intensity change of the light L over a wide intensity range of the light L irradiated to the magnetic element 11. Change. Therefore, the optical device 100 can detect the intensity of the light L over a wide intensity range.

ここまで具体的な例を挙げて、第１実施形態にかかる光デバイス１００について説明したが、第１実施形態にかかる光デバイスは当該例に限定されるものではない。 Although the optical device 100 according to the first embodiment has been described using a specific example, the optical device according to the first embodiment is not limited to this example.

図７は、第１変形例に係る光検知素子１０Ａの断面図である。光検知素子１０Ａは、第１強磁性層１が面内磁化膜で、第１硬磁性層３１及び第２硬磁性層３２が垂直磁化膜である。第１硬磁性層３１の磁化Ｍ３１及び第２硬磁性層３２の磁化Ｍ３２は、例えば、ｚ方向に配向している。第１変形例に係る光検知素子１０Ａのその他の構成は、光検知素子１０と同様である。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10A according to a first modification. In the photodetecting element 10A, the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetization film, and the first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 are perpendicular magnetization films. The magnetization M31 of the first hard magnetic layer 31 and the magnetization M32 of the second hard magnetic layer 32 are, for example, oriented in the z direction. The other configuration of the photodetecting element 10A according to the first modification is the same as that of the photodetecting element 10.

第１硬磁性層３１からの漏れ磁場と第２硬磁性層３２からの漏れ磁場が、第１強磁性層１にバイアス磁場として印加する。第１強磁性層１が面内磁化膜の場合は、磁場印加部３０から面直方向の成分を持つ磁場が印加されることで、磁化Ｍ１は面内方向及び面直方向に対して傾く。 The leakage magnetic field from the first hard magnetic layer 31 and the leakage magnetic field from the second hard magnetic layer 32 are applied to the first ferromagnetic layer 1 as a bias magnetic field. When the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetized film, the magnetization M1 is tilted with respect to the in-plane direction and the perpendicular direction by applying a magnetic field having a component perpendicular to the plane from the magnetic field applying unit 30.

光検知素子１０Ａにおいて、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌ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の方向と面直方向との間の角度は、例えば、５°以上でもよく、２０°以上でもよく、３５°以上でもよい。また、第１強磁性層１が面内磁化膜である光検知素子１０Ａでは、初期状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と面直方向との間の角度が０°（第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向が面直方向に平行）であってもよい。つまり、第１強磁性層１が面内磁化膜である光検知素子１０Ａでは、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、光照射部２０から磁性素子１１に光が照射されていない状態で、第１強磁性層１が広がる面内方向に対して傾いていればよい。この場合でも、磁性素子１１のＲＨ曲線はヒステリシスを示さず、光Ｌの広い強度範囲にわたって、磁性素子１１からの出力電圧又は出力電流（磁性素子１１の抵抗値）は、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。また、光検知素子１０Ａにおいて、初期状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と面直方向との間の角度は、例えば、８５°以下でもよく、７０°以下でもよく、５５°以下でもよい。このようにすることで、光Ｌの強度変化に対する磁化Ｍ１の可動範囲をより確実に確保できるため、光Ｌの強度の検出範囲をより確実に確保できる。 In the photodetecting element 10A, the angle between the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the perpendicular direction when the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11 is, for example, 5°. The angle may be greater than 20 degrees, or may be greater than 35 degrees. Further, in the photodetecting element 10A in which the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetized film, the angle between the direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the perpendicular direction in the initial state is 0° (the first The direction of magnetization M1 of the ferromagnetic layer 1 may be parallel to the perpendicular direction). That is, in the photodetecting element 10A in which the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetized film, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is in a state where the magnetic element 11 is not irradiated with light from the light irradiation section 20. It is sufficient that the first ferromagnetic layer 1 is inclined with respect to the in-plane direction in which it spreads. Even in this case, the RH curve of the magnetic element 11 does not show hysteresis, and over a wide intensity range of the light L, the output voltage or output current (resistance value of the magnetic element 11) from the magnetic element 11 changes depending on the intensity change of the light L. Continuously changes depending on the situation. Further, in the photodetecting element 10A, the angle between the direction of magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 and the perpendicular direction in the initial state may be, for example, 85° or less, 70° or less, or 55° or less. But that's fine. By doing so, the movable range of the magnetization M1 with respect to changes in the intensity of the light L can be more reliably secured, and therefore the detection range of the intensity of the light L can be more reliably secured.

ここでは、第１硬磁性層３１と第２硬磁性層３２とが第１強磁性層１を挟むように配置される例を示したが、一つの硬磁性層を第１強磁性層１の周囲を囲むように配置してもよい。 Here, an example was shown in which the first hard magnetic layer 31 and the second hard magnetic layer 32 are arranged so as to sandwich the first ferromagnetic layer 1; It may be arranged so as to surround the surrounding area.

「第２実施形態」
第２実施形態にかかる光デバイスは、光検知素子１０Ｂと光照射部２０とを備える。光照射部２０の構成は、第１実施形態にかかる光デバイスと同様である。図８は、第２実施形態にかかる光検知素子１０Ｂの断面図である。光検知素子１０Ｂは、磁場印加部３０を備えずに、磁性素子１１Ｂが反強磁性層４０を備える点で、光検知素子１０と異なる。光検知素子１０Ｂにおいて、光検知素子１０と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。 “Second embodiment”
The optical device according to the second embodiment includes a photodetecting element 10B and a light irradiation section 20. The configuration of the light irradiation section 20 is similar to that of the optical device according to the first embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10B according to the second embodiment. The photodetecting element 10B differs from the photodetecting element 10 in that the magnetic element 11B includes an antiferromagnetic layer 40 without the magnetic field applying section 30. In the photodetecting element 10B, the same components as those of the photodetecting element 10 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁性素子１１Ｂは、反強磁性層４０を備える。反強磁性層４０は、第１強磁性層１のスペーサ層３と接する第１面Ｓ１と反対側の第２面Ｓ２に接する。 The magnetic element 11B includes an antiferromagnetic layer 40. The antiferromagnetic layer 40 is in contact with a second surface S2 of the first ferromagnetic layer 1 that is opposite to the first surface S1 that is in contact with the spacer layer 3 .

第１強磁性層１が垂直磁化膜の場合、反強磁性層４０の中の微視的な磁気モーメントは、面内方向に配向している。第１強磁性層１が垂直磁化膜の場合、反強磁性層４０は、交換バイアスにより第１強磁性層１に面内方向の磁場を印加するのと同様の効果を奏し、磁化Ｍ１は面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾く。第１強磁性層１が面内磁化膜の場合、反強磁性層４０の中の微視的な磁気モーメントは、面直方向に配向している。第１強磁性層１が面内磁化膜の場合、反強磁性層４０は、交換バイアスにより第１強磁性層１に面直方向の磁場を印加するのと同様の効果を奏し、磁化Ｍ１は面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾く。反強磁性層４０の中の微視的な磁気モーメントの配向方向は、反強磁性層４０をキュリー温度以上まで加熱した後、磁場を印加しながら冷却する際の磁場の方向により自由に設計できる。 When the first ferromagnetic layer 1 is a perpendicularly magnetized film, the microscopic magnetic moment in the antiferromagnetic layer 40 is oriented in the in-plane direction. When the first ferromagnetic layer 1 is a perpendicular magnetization film, the antiferromagnetic layer 40 has the same effect as applying an in-plane magnetic field to the first ferromagnetic layer 1 by exchange bias, and the magnetization M1 is in the plane. It tilts both inward and perpendicular to the surface. When the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetized film, the microscopic magnetic moment in the antiferromagnetic layer 40 is oriented perpendicular to the plane. When the first ferromagnetic layer 1 is an in-plane magnetized film, the antiferromagnetic layer 40 has the same effect as applying a magnetic field perpendicular to the plane to the first ferromagnetic layer 1 by exchange bias, and the magnetization M1 is It is inclined both in the in-plane direction and in the perpendicular direction. The orientation direction of the microscopic magnetic moment in the antiferromagnetic layer 40 can be freely designed by the direction of the magnetic field when the antiferromagnetic layer 40 is heated to the Curie temperature or higher and then cooled while applying a magnetic field. .

反強磁性層４０には、公知の反強磁性体を用いることができる。反強磁性層４０は、反強磁性を示す酸化物を含むことが好ましい。反強磁性層４０が使用波長域の光に対して透過性を有する酸化物であれば、光Ｌが第１強磁性層１に十分到達する。反強磁性層４０は、例えば、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化コバルト（ＣｏＯ）である。 A known antiferromagnetic material can be used for the antiferromagnetic layer 40. The antiferromagnetic layer 40 preferably contains an oxide that exhibits antiferromagnetism. If the antiferromagnetic layer 40 is made of an oxide that is transparent to light in the wavelength range used, the light L can sufficiently reach the first ferromagnetic layer 1 . The antiferromagnetic layer 40 is, for example, nickel oxide (NiO), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), or cobalt oxide (CoO).

第２実施形態にかかる光検知素子１０Ｂは、光照射部２０から磁性素子１１Ｂに光Ｌが照射されていない状態において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が面内方向及び面直方向に対して傾いているため、磁性素子１１ＢのＲＨ曲線がヒステリシスを示さない。したがって、第２実施形態にかかる光デバイスは、第１実施形態にかかる光デバイス１００と同様に、磁性素子１１Ｂからの出力が、磁性素子１１Ｂに照射される光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。 In the photodetecting element 10B according to the second embodiment, in a state in which the light L is not irradiated from the light irradiation section 20 to the magnetic element 11B, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is in the in-plane direction and in the perpendicular direction. Since the magnetic element 11B is tilted, the RH curve of the magnetic element 11B does not show hysteresis. Therefore, in the optical device according to the second embodiment, similarly to the optical device 100 according to the first embodiment, the output from the magnetic element 11B spreads over a wide intensity range of the light L applied to the magnetic element 11B. It changes continuously according to the change in intensity.

「第３実施形態」
第３実施形態にかかる光デバイスは、光検知素子１０Ｃと光照射部２０とを備える。光照射部２０の構成は、第１実施形態にかかる光デバイスと同様である。図９は、第３実施形態にかかる光検知素子１０Ｃの断面図である。光検知素子１０Ｃは、磁場印加部３０を備えずに、圧電素子５０を備える点で、光検知素子１０と異なる。光検知素子１０Ｃにおいて、光検知素子１０と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。 “Third embodiment”
The optical device according to the third embodiment includes a photodetecting element 10C and a light irradiation section 20. The configuration of the light irradiation section 20 is similar to that of the optical device according to the first embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10C according to the third embodiment. The photodetecting element 10C differs from the photodetecting element 10 in that it does not include the magnetic field application section 30 but includes a piezoelectric element 50. In the photodetecting element 10C, the same components as those of the photodetecting element 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

光検知素子１０Ｃは、圧電素子５０を備える。圧電素子５０は、第１強磁性層１に応力を印加できる位置にある。圧電素子５０は、例えば、光照射部２０から磁性素子１１に照射される光Ｌを遮らない位置にある。圧電素子５０は、例えば、磁性素子１１を基準に、光が照射される側と反対側にある。圧電素子５０と磁性素子１１との間には、例えば、絶縁層９０がある。 The photodetecting element 10C includes a piezoelectric element 50. The piezoelectric element 50 is located at a position where stress can be applied to the first ferromagnetic layer 1. For example, the piezoelectric element 50 is located at a position where it does not block the light L irradiated from the light irradiation section 20 to the magnetic element 11. The piezoelectric element 50 is located, for example, on the opposite side of the light irradiation side with respect to the magnetic element 11. For example, there is an insulating layer 90 between the piezoelectric element 50 and the magnetic element 11.

圧電素子５０は、例えば、圧電体５１と電極５２、５３とを有する。図９は、圧電体５１に電圧を印加していない状態の断面図である。電極５２と電極５３とを介して、圧電体５１に電圧を印加すると圧電体５１は変形する。圧電素子５０は、圧電体５１が変形することで、第１強磁性層１に応力を印加する。 The piezoelectric element 50 includes, for example, a piezoelectric body 51 and electrodes 52 and 53. FIG. 9 is a cross-sectional view of the piezoelectric body 51 in a state where no voltage is applied. When a voltage is applied to the piezoelectric body 51 via the electrodes 52 and 53, the piezoelectric body 51 is deformed. The piezoelectric element 50 applies stress to the first ferromagnetic layer 1 when the piezoelectric body 51 deforms.

図１０は、第３実施形態に係る光検知素子１０Ｃの第１状態を示す図である。図１０の左図は、ｙｚ断面図である。図１０の右図は、第１強磁性層１を通るｘｙ断面図である。圧電体５１に電圧を印加すると、圧電体５１は変形する。図１０に示す第１状態では、圧電体５１が、電圧を印加する前の状態から圧電体５１のｘ方向の中心が磁性素子１１に近づくように変形する。 FIG. 10 is a diagram showing a first state of the photodetecting element 10C according to the third embodiment. The left diagram in FIG. 10 is a yz cross-sectional view. The right diagram in FIG. 10 is an xy cross-sectional view passing through the first ferromagnetic layer 1. When a voltage is applied to the piezoelectric body 51, the piezoelectric body 51 deforms. In the first state shown in FIG. 10, the piezoelectric body 51 is deformed from the state before the voltage is applied such that the center of the piezoelectric body 51 in the x direction approaches the magnetic element 11.

第１状態では、第１強磁性層１に対して、ｘ方向の引張応力Ｆ１が印加される。第１強磁性層１のｘ方向に引張応力Ｆ１が印加されると、磁歪効果により異方性磁場が生じ、第１強磁性層１の磁化Ｍ１はｚ方向からｙ方向に向かって傾く。その結果、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾く。ここでは、一例として、ｘ方向に引張応力Ｆ１が印加される例を示したが、引張応力Ｆ１が印加される方向は面内方向のいずれの方向でもよい。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、引張応力Ｆ１が作用する方向と直交する面内方向に向かって傾く。 In the first state, a tensile stress F1 in the x direction is applied to the first ferromagnetic layer 1. When tensile stress F1 is applied to the first ferromagnetic layer 1 in the x direction, an anisotropic magnetic field is generated due to the magnetostrictive effect, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted from the z direction to the y direction. As a result, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined both in the in-plane direction and in the perpendicular direction. Here, as an example, an example was shown in which the tensile stress F1 is applied in the x direction, but the direction in which the tensile stress F1 is applied may be any in-plane direction. The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined toward the in-plane direction orthogonal to the direction in which the tensile stress F1 acts.

図１１は、第３実施形態に係る光検知素子１０Ｃの第２状態を示す図である。図１１の左図は、ｘｚ断面図である。図１１の右図は、第１強磁性層１を通るｘｙ断面図である。図１１に示すように、圧電体５１に電圧を印加すると、圧電体５１は変形する。図１１に示す第２状態は、圧電体５１が、電圧を印加する前の状態から圧電体５１のｘ方向の中心が磁性素子１１から離れるように変形した状態である。 FIG. 11 is a diagram showing a second state of the photodetecting element 10C according to the third embodiment. The left diagram in FIG. 11 is an xz sectional view. The right diagram in FIG. 11 is an xy cross-sectional view passing through the first ferromagnetic layer 1. As shown in FIG. 11, when a voltage is applied to the piezoelectric body 51, the piezoelectric body 51 is deformed. The second state shown in FIG. 11 is a state in which the piezoelectric body 51 is deformed from the state before the voltage is applied such that the center of the piezoelectric body 51 in the x direction is separated from the magnetic element 11.

第２状態では、第１強磁性層１に対して、ｘ方向の圧縮応力Ｆ２が印加される。第１強磁性層１のｘ方向に圧縮応力Ｆ２が印加されると、磁歪効果により異方性磁場が生じ、第１強磁性層１の磁化Ｍ１はｚ方向からｘ方向に向かって傾く。その結果、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、面内方向及び面直方向のいずれに対しても傾く。ここでは、一例として、ｘ方向に圧縮応力Ｆ２が印加される例を示したが、圧縮応力Ｆ２が印加される方向は面内方向のいずれの方向でもよい。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、圧縮応力Ｆ２が作用する方向に平行な方向に向かってに傾く。 In the second state, a compressive stress F2 in the x direction is applied to the first ferromagnetic layer 1. When compressive stress F2 is applied to the first ferromagnetic layer 1 in the x direction, an anisotropic magnetic field is generated due to the magnetostrictive effect, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted from the z direction toward the x direction. As a result, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined both in the in-plane direction and in the perpendicular direction. Here, as an example, an example was shown in which the compressive stress F2 is applied in the x direction, but the direction in which the compressive stress F2 is applied may be any in-plane direction. The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined toward a direction parallel to the direction in which the compressive stress F2 acts.

第３実施形態にかかる光検知素子１０Ｃは、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が面内方向及び面直方向に対して傾いているため、磁性素子１１のＲＨ曲線がヒステリシスを示さない。したがって、第３実施形態にかかる光デバイスは、第１実施形態にかかる光デバイス１００と同様に、磁性素子１１からの出力が、磁性素子１１に照射される光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。 In the photodetecting element 10C according to the third embodiment, in a state in which the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is in the in-plane direction and in the perpendicular direction. Since the magnetic element 11 is tilted, the RH curve of the magnetic element 11 does not exhibit hysteresis. Therefore, in the optical device according to the third embodiment, similarly to the optical device 100 according to the first embodiment, the output from the magnetic element 11 spreads over a wide intensity range of the light L irradiated onto the magnetic element 11. It changes continuously according to the change in intensity.

「第４実施形態」
第４実施形態にかかる光デバイスは、光検知素子１０Ｄと光照射部２０とを備える。光照射部２０の構成は、第１実施形態にかかる光デバイスと同様である。図１２は、第４実施形態にかかる光検知素子１０Ｄの断面図である。図１３は、第４実施形態にかかる光検知素子１０Ｄの断面図である。図１２は、光検知素子１０Ｄのｘｚ断面であり、図１３は、光検知素子１０Ｄの第１強磁性層１を通るｘｙ断面である。光検知素子１０Ｄは、磁場印加部３０を備えず、磁性素子１１Ｄの平面視形状が、磁性素子１１と異なる点で、光検知素子１０と異なる。光検知素子１０Ｄにおいて、光検知素子１０と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。 “Fourth embodiment”
The optical device according to the fourth embodiment includes a photodetecting element 10D and a light irradiation section 20. The configuration of the light irradiation section 20 is similar to that of the optical device according to the first embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of a photodetector element 10D according to the fourth embodiment. FIG. 13 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10D according to the fourth embodiment. FIG. 12 is an xz cross section of the photodetecting element 10D, and FIG. 13 is an xy cross section passing through the first ferromagnetic layer 1 of the photodetecting element 10D. The photodetecting element 10D differs from the photodetecting element 10 in that it does not include the magnetic field application section 30 and the planar view shape of the magnetic element 11D is different from the magnetic element 11. In the photodetecting element 10D, the same components as those of the photodetecting element 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁性素子１１Ｄの第１強磁性層１は、ｚ方向から見た平面視形状が楕円形である。第１強磁性層１は、ｚ方向から見て、長手方向の長さを短手方向の長さで割ったアスペクト比が１より大きい。第１強磁性層１には、第１強磁性層１の形状異方性に起因した異方性磁場が生じる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、ｚ方向から異方性磁場が加わる方向に向かって傾く。ここでは、第１強磁性層１の平面視形状として楕円の場合を例示したが、長手方向と短手方向との長さが異なるものであればこの例に限られない。 The first ferromagnetic layer 1 of the magnetic element 11D has an elliptical shape in plan view when viewed from the z direction. The first ferromagnetic layer 1 has an aspect ratio larger than 1, which is the length in the longitudinal direction divided by the length in the lateral direction, when viewed from the z direction. An anisotropic magnetic field is generated in the first ferromagnetic layer 1 due to the shape anisotropy of the first ferromagnetic layer 1 . The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined from the z direction toward the direction in which the anisotropic magnetic field is applied. Here, an ellipse is illustrated as the planar view shape of the first ferromagnetic layer 1, but the shape is not limited to this example as long as the length in the longitudinal direction and the length in the transverse direction are different.

第４実施形態にかかる光検知素子１０Ｄは、光照射部２０から磁性素子１１Ｄに光Ｌが照射されていない状態において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が面内方向及び面直方向に対して傾いているため、磁性素子１１ＤのＲＨ曲線がヒステリシスを示さない。したがって、第４実施形態にかかる光デバイスは、第１実施形態にかかる光デバイス１００と同様に、磁性素子１１Ｄからの出力が、磁性素子１１Ｄに照射される光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。 In the photodetecting element 10D according to the fourth embodiment, in a state where the light L is not irradiated from the light irradiation section 20 to the magnetic element 11D, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is in the in-plane direction and in the perpendicular direction. Since the magnetic element 11D is tilted, the RH curve of the magnetic element 11D does not show hysteresis. Therefore, in the optical device according to the fourth embodiment, similarly to the optical device 100 according to the first embodiment, the output from the magnetic element 11D spreads over a wide intensity range of the light L irradiated onto the magnetic element 11D. It changes continuously according to the change in intensity.

「第５実施形態」
第５実施形態にかかる光デバイスは、光検知素子１０Ｅと光照射部２０とを備える。光照射部２０の構成は、第１実施形態にかかる光デバイスと同様である。図１４は、第５実施形態にかかる光検知素子１０Ｅの断面図である。光検知素子１０Ｅは、磁場印加部３０を備えない点で、光検知素子１０と異なる。光検知素子１０Ｅにおいて、光検知素子１０と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。 “Fifth embodiment”
The optical device according to the fifth embodiment includes a photodetecting element 10E and a light irradiation section 20. The configuration of the light irradiation section 20 is similar to that of the optical device according to the first embodiment. FIG. 14 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10E according to the fifth embodiment. The photodetecting element 10E differs from the photodetecting element 10 in that it does not include the magnetic field applying section 30. In the photodetecting element 10E, the same components as those of the photodetecting element 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、光照射部２０からの光Ｌが磁性素子１１に照射されていない状態で、面内方向及び面直方向に対して傾いている。光照射部２０からの光Ｌが磁性素子１１に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の配向方向は、第１強磁性層１の厚みで制御できる。第１強磁性層１の厚みが薄いと、上下の層との界面により第１強磁性層１に垂直磁気異方性印加効果が強く生じ、第１強磁性層１の磁化Ｍ１はｚ方向に配向する。これに対し、第１強磁性層１の厚みが厚くなると、垂直磁気異方性印加効果が弱まり、磁化Ｍ１はｚ方向から面内方向のいずれかの方向に向かって傾く。 The magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is inclined with respect to the in-plane direction and the perpendicular direction when the magnetic element 11 is not irradiated with the light L from the light irradiation section 20. The orientation direction of the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 in a state where the light L from the light irradiation section 20 is not irradiated onto the magnetic element 11 can be controlled by the thickness of the first ferromagnetic layer 1. When the first ferromagnetic layer 1 is thin, a strong perpendicular magnetic anisotropy is applied to the first ferromagnetic layer 1 due to the interface between the upper and lower layers, and the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is directed in the z direction. Orient. On the other hand, as the thickness of the first ferromagnetic layer 1 increases, the effect of applying perpendicular magnetic anisotropy weakens, and the magnetization M1 tilts from the z direction toward any one of the in-plane directions.

第５実施形態にかかる光検知素子１０Ｅは、光照射部２０から磁性素子１１に光Ｌが照射されていない状態において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が面内方向及び面直方向に対して傾いているため、磁性素子１１のＲＨ曲線がヒステリシスを示さない。したがって、第５実施形態にかかる光デバイスは、第１実施形態にかかる光デバイス１００と同様に、磁性素子１１からの出力が、磁性素子１１に照射される光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。 In the photodetecting element 10E according to the fifth embodiment, in a state in which the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is in the in-plane direction and in the perpendicular direction. Since the magnetic element 11 is tilted, the RH curve of the magnetic element 11 does not exhibit hysteresis. Therefore, in the optical device according to the fifth embodiment, similarly to the optical device 100 according to the first embodiment, the output from the magnetic element 11 spreads over a wide intensity range of the light L applied to the magnetic element 11. It changes continuously according to the change in intensity.

「第６実施形態」
第６実施形態にかかる光デバイスは、光検知素子１０Ｆと光照射部２０とを備える。光照射部２０の構成は、第１実施形態にかかる光デバイスと同様である。図１５は、第６実施形態にかかる光検知素子１０Ｆの断面図である。図１６は、第６実施形態にかかる光検知素子１０Ｆの断面図である。図１５は、光検知素子１０Ｆのｘｚ断面であり、図１６は、光検知素子１０Ｆの第１強磁性層１を通るｘｙ断面である。光検知素子１０Ｆは、磁場印加部３０を備えず、磁性素子１１にかえて磁性素子１１Ｆを有する点で、光検知素子１０と異なる。光検知素子１０Ｆにおいて、光検知素子１０と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。 “Sixth embodiment”
The optical device according to the sixth embodiment includes a photodetecting element 10F and a light irradiation section 20. The configuration of the light irradiation section 20 is similar to that of the optical device according to the first embodiment. FIG. 15 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10F according to the sixth embodiment. FIG. 16 is a cross-sectional view of a photodetecting element 10F according to the sixth embodiment. FIG. 15 is an xz cross section of the photodetecting element 10F, and FIG. 16 is an xy cross section passing through the first ferromagnetic layer 1 of the photodetecting element 10F. The photodetecting element 10F differs from the photodetecting element 10 in that it does not include the magnetic field applying section 30 and has a magnetic element 11F instead of the magnetic element 11. In the photodetecting element 10F, the same components as those of the photodetecting element 10 are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

磁性素子１１Ｆの第１強磁性層１、第２強磁性層２および強磁性層６は面内磁化膜である。磁性素子１１Ｆの第１強磁性層１の磁区構造は、光照射部２０から磁性素子１１Ｆに光Ｌが照射されていない状態で、ボルテックス構造である。ボルテックス構造は、中心Ｃを取り囲むように、面内方向に磁気モーメントＭＭ１が渦巻いている構造である。ボルテックス構造は、第１強磁性層１の厚みと平面視した際の径とを調整することで発現する。例えば、第１強磁性層１がＦｅＢの場合、第１強磁性層１の厚みを１０ｎｍ、径を１．１μｍとすると、第１強磁性層１の磁区構造はボルテックス構造となる。また例えば、第１強磁性層１がＮｉＦｅの場合、第１強磁性層１の厚みを１５ｎｍ、径を１７０ｎｍとすると、第１強磁性層１の磁区構造はボルテックス構造となる。また例えば、第１強磁性層１がＣｏＦｅＢの場合、第１強磁性層１の厚みを１０ｎｍ、径を３００ｎｍとすると、第１強磁性層１の磁区構造はボルテックス構造となる。 The first ferromagnetic layer 1, the second ferromagnetic layer 2, and the ferromagnetic layer 6 of the magnetic element 11F are in-plane magnetized films. The magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer 1 of the magnetic element 11F is a vortex structure when the light L is not irradiated from the light irradiation section 20 to the magnetic element 11F. The vortex structure is a structure in which magnetic moments MM1 are swirled in the in-plane direction so as to surround the center C. The vortex structure is developed by adjusting the thickness and diameter of the first ferromagnetic layer 1 when viewed in plan. For example, when the first ferromagnetic layer 1 is made of FeB and the thickness of the first ferromagnetic layer 1 is 10 nm and the diameter is 1.1 μm, the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer 1 becomes a vortex structure. For example, when the first ferromagnetic layer 1 is made of NiFe and the thickness of the first ferromagnetic layer 1 is 15 nm and the diameter is 170 nm, the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer 1 becomes a vortex structure. For example, when the first ferromagnetic layer 1 is made of CoFeB and the thickness of the first ferromagnetic layer 1 is 10 nm and the diameter is 300 nm, the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer 1 becomes a vortex structure.

図１７は、第６実施形態に係る磁性素子１１ＦのＲＨ曲線を示す図である。この例では、外部磁場は、第２強磁性層２の磁化Ｍ２の方向である面内方向（この例ではｘ方向）の磁場である。第１強磁性層１の磁区構造がボルテックス構造の場合、光照射部２０から磁性素子１１Ｆに光Ｌが照射されていない状態で、磁性素子１１ＦのＲＨ曲線が、ゼロを含む外部磁場強度の範囲Ａ１においてヒステリシスを示さない。 FIG. 17 is a diagram showing the RH curve of the magnetic element 11F according to the sixth embodiment. In this example, the external magnetic field is a magnetic field in the in-plane direction (x direction in this example), which is the direction of the magnetization M2 of the second ferromagnetic layer 2. When the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer 1 is a vortex structure, the RH curve of the magnetic element 11F is within the range of external magnetic field strength including zero when the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11F. No hysteresis is shown in A1.

第６実施形態にかかる光検知素子１０Ｆは、光照射部２０から磁性素子１１Ｆに光照射部２０から光Ｌが照射されていない状態で、磁性素子１１ＦのＲＨ曲線が 、ゼロを含む外部磁場強度の範囲Ａ１においてヒステリシスを示さない。したがって、第６実施形態にかかる光デバイスは、第１実施形態にかかる光デバイス１００と同様に、磁性素子１１Ｆからの出力が、磁性素子１１Ｆに照射される光Ｌの広い強度範囲にわたって、光Ｌの強度変化に応じて連続的に変化する。 In the photodetecting element 10F according to the sixth embodiment, in a state where the light L is not irradiated from the light irradiation unit 20 to the magnetic element 11F, the RH curve of the magnetic element 11F has an external magnetic field intensity that includes zero. It does not show hysteresis in the range A1. Therefore, in the optical device according to the sixth embodiment, similarly to the optical device 100 according to the first embodiment, the output from the magnetic element 11F spreads over a wide intensity range of the light L applied to the magnetic element 11F. It changes continuously according to the change in intensity.

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。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modified examples, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described within the scope of the claims. For example, the characteristic configurations of the embodiments and modifications described above may be combined.

また第１実施形態から第５実施形態では、光Ｌが磁性素子に照射されていない状態で、第１強磁性層１の磁化Ｍ１を面内方向及び面直方向に対して傾けること、第６実施形態では、光Ｌが磁性素子に照射されていない状態で、第１強磁性層１の磁区構造をボルテックス構造とすることで、少なくとも、ゼロを含む外部磁場強度の範囲において、磁性素子のＲＨ曲線がヒステリシスを示さない状態を実現する例を示した。光Ｌが磁性素子に照射されていない状態で、少なくとも、ゼロを含む外部磁場強度の範囲において、磁性素子のＲＨ曲線がヒステリシスを示さない状態を実現する方法は、これらに限られない。光Ｌが磁性素子に照射されていない状態で、少なくとも、ゼロを含む外部磁場強度の範囲において、磁性素子のＲＨ曲線がヒステリシスを示さなければ、磁性素子からの出力は、磁性素子に照射される光の広い強度範囲にわたって、光の強度変化に応じて連続的に変化する。 Further, in the first to fifth embodiments, the magnetization M1 of the first ferromagnetic layer 1 is tilted with respect to the in-plane direction and the perpendicular direction in a state where the light L is not irradiated to the magnetic element, and In the embodiment, by making the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer 1 into a vortex structure when the light L is not irradiated to the magnetic element, the RH of the magnetic element is reduced at least in the range of external magnetic field strength including zero. An example of realizing a state in which the curve does not show hysteresis is shown. Methods for achieving a state in which the RH curve of the magnetic element does not exhibit hysteresis at least in the range of external magnetic field strength including zero when the magnetic element is not irradiated with the light L are not limited to these methods. When the magnetic element is not irradiated with the light L and the RH curve of the magnetic element does not exhibit hysteresis at least in the range of external magnetic field strength including zero, the output from the magnetic element is irradiated to the magnetic element. Over a wide range of light intensity, it changes continuously in response to changes in light intensity.

上記の実施形態及び変形例にかかる光デバイスは、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。 The optical devices according to the embodiments and modifications described above can be applied to optical sensor devices such as image sensors, transmitting/receiving devices of communication systems, and the like.

図１８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。 FIG. 18 is a block diagram of a transmitting/receiving device 1000 according to the first application example. The transmitting/receiving device 1000 includes a receiving device 300 and a transmitting device 400. The receiving device 300 receives the optical signal L1, and the transmitting device 400 transmits the optical signal L2.

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と光信号Ｌ１を照射する光照射部とを含めたものを、上述の実施形態又は変形例のいずれかの光デバイスとすることができる。受信装置３００において、高周波の光信号Ｌ１を含み強度変化する光が、例えば光照射部としてのレンズ（図示せず）を通過して、磁性素子の第１強磁性層１に照射される。光検知素子３０１は、光信号Ｌ１を電気信号に変換する。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、例えば磁性素子の出力電圧に基づいて受信する。 The receiving device 300 includes, for example, a photodetecting element 301 and a signal processing section 302. An optical device including the photodetecting element 301 and a light irradiation unit that irradiates the optical signal L1 can be an optical device according to any of the embodiments or modifications described above. In the receiving device 300, light containing a high-frequency optical signal L1 and varying in intensity passes through, for example, a lens (not shown) serving as a light irradiation unit, and is irradiated onto the first ferromagnetic layer 1 of the magnetic element. The photodetector element 301 converts the optical signal L1 into an electrical signal. The signal processing unit 302 processes the electrical signal converted by the photodetecting element 301. The signal processing unit 302 receives the signal included in the optical signal L1 by processing the electrical signal generated from the photodetecting element 301. The receiving device 300 receives a signal included in the optical signal L1 based on, for example, the output voltage of the magnetic element.

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。 The transmitting device 400 includes, for example, a light source 401, an electrical signal generating element 402, and a light modulating element 403. The light source 401 is, for example, a laser element. Light source 401 may be external to transmitting device 400. Electric signal generation element 402 generates an electric signal based on the transmission information. The electrical signal generation element 402 may be integrated with the signal conversion element of the signal processing section 302. The light modulation element 403 modulates the light output from the light source 401 based on the electric signal generated by the electric signal generation element 402, and outputs an optical signal L2.

図１９は、通信システムの一例の概念図である。図１９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。 FIG. 19 is a conceptual diagram of an example of a communication system. The communication system shown in FIG. 19 includes two terminal devices 500. The terminal device 500 is, for example, a smartphone, a tablet, a personal computer, or the like.

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。 Each of the terminal devices 500 includes a receiving device 300 and a transmitting device 400. The optical signal transmitted from the transmitting device 400 of one terminal device 500 is received by the receiving device 300 of the other terminal device 500. The light used for transmission and reception between the terminal devices 500 is, for example, visible light. The receiving device 300 includes the above-mentioned photodetecting element as the photodetecting element 301.

図２０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。 FIG. 20 is a conceptual diagram of a cross section of an optical sensor device 2000 according to the second application example. The optical sensor device 2000 includes, for example, a circuit board 120, a wiring layer 130, and a plurality of optical sensors S. The wiring layer 130 and each of the plurality of optical sensors S are formed on the circuit board 120.

複数の光センサーＳのそれぞれは、例えば、光検知素子１０と波長フィルターＦとレンズＲとを有する。図２０では光検知素子１０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。この例では、波長フィルターＦとレンズＲとが光照射部を構成している。光検知素子１０の磁性素子には、レンズＲおよび波長フィルターＦを通過した光が照射される。 Each of the plurality of photosensors S includes, for example, a photodetection element 10, a wavelength filter F, and a lens R. Although FIG. 20 shows an example in which the photodetector element 10 is used, photodetector elements according to other embodiments and modifications may be used. In this example, the wavelength filter F and the lens R constitute a light irradiation section. The magnetic element of the photodetector element 10 is irradiated with light that has passed through the lens R and the wavelength filter F.

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。図２０に示す光センサー装置２０００は、光検知素子１０の磁性素子１１からの出力が、磁性素子１１に照射される光の広い強度範囲にわたって、光の強度変化に応じて連続的に変化するため、広い強度範囲にわたって光の強度を検出することができる。 The wavelength filter F selects light of a specific wavelength and transmits light of a specific wavelength range. The wavelength range of light transmitted by each wavelength filter F may be the same or different. For example, the optical sensor device 2000 includes an optical sensor S (hereinafter referred to as a blue sensor) having a wavelength filter F that transmits blue light (wavelength range of 380 nm or more and less than 490 nm) and green light (wavelength range of 490 nm or more and less than 590 nm). An optical sensor S having a wavelength filter F that transmits red light (hereinafter referred to as a green sensor), and an optical sensor S having a wavelength filter F that transmits red light (wavelength range of 590 nm or more and less than 800 nm) (hereinafter referred to as a red sensor) ). By arranging a blue sensor, a green sensor, and a red sensor as one pixel and arranging these pixels, the optical sensor device 2000 can be used as an image sensor. In the optical sensor device 2000 shown in FIG. 20, the output from the magnetic element 11 of the optical detection element 10 changes continuously over a wide intensity range of the light irradiated to the magnetic element 11 in accordance with changes in the intensity of the light. , can detect light intensity over a wide intensity range.

レンズＲは、光を光検知素子１０の磁性素子に向かって集光する。一つの波長フィルターＦの下方には一つの磁性素子が配置されていても、複数の磁性素子が配置されていてもよい。 The lens R focuses the light toward the magnetic element of the photodetector element 10. One magnetic element or a plurality of magnetic elements may be arranged below one wavelength filter F.

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。 The circuit board 120 includes, for example, an analog-to-digital converter 121 and an output terminal 122. The electrical signal sent from the optical sensor S is converted into digital data by an analog-to-digital converter 121 and output from an output terminal 122.

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。 The wiring layer 130 has a plurality of wirings 131. Between the plurality of wirings 131, there is an interlayer insulating film 132. The wiring 131 electrically connects each of the optical sensors S and the circuit board 120 and each arithmetic circuit formed on the circuit board 120. Each of the optical sensors S and the circuit board 120 are connected, for example, via a through wiring that penetrates the interlayer insulating film 132 in the z direction. By shortening the distance between the wirings between each of the optical sensors S and the circuit board 120, noise can be reduced.

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（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、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（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。 The wiring 131 has conductivity. The wiring 131 is made of, for example, Al, Cu, or the like. The interlayer insulating film 132 is an insulator that insulates between wires of multilayer wiring and between elements. The interlayer insulating film 132 is, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of Si, Al, or Mg. The interlayer insulating film 132 is made of, for example, silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN x ), silicon carbide (SiC), chromium nitride, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxynitride (SiON), or aluminum oxide (Al 2 ) . O 3 ), zirconium oxide (ZrO x ), and the like.

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２１は、端末装置６００の一例の模式図である。図２１の左は端末装置６００の表面であり、図２１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２１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。 The above-described optical sensor device 2000 can be used, for example, in a terminal device. FIG. 21 is a schematic diagram of an example of the terminal device 600. The left side of FIG. 21 is the front side of the terminal device 600, and the right side of FIG. 21 is the back side of the terminal device 600. Terminal device 600 has a camera CA. The above-described optical sensor device 2000 can be used as an image sensor of this camera CA. In FIG. 21, a smartphone is illustrated as an example of the terminal device 600, but the present invention is not limited to this case. The terminal device 600 is, for example, a tablet, a personal computer, a digital camera, etc. in addition to a smartphone.

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。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modified examples, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described within the scope of the claims.

１，１’…第１強磁性層、２，２’…第２強磁性層、３，３’…スペーサ層、４…バッファ層、５…シード層、６…強磁性層、７…磁気結合層、８…垂直磁化誘起層、９…キャップ層、１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…光検知素子、１１，１１Ｂ，１１Ｄ，１１Ｆ…磁性素子、１２…第１電極、１３…第２電極、２０…光照射部、３０…磁場印加部、３１…第１硬磁性層、３２…第２硬磁性層、３３…第１遮光層、３４…第２遮光層、４０…反強磁性層、５０…圧電素子、５１…圧電体、５２，５３…電極、９０…絶縁層、１００…光デバイス、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、Ａ１…ゼロを含む外部磁場強度の範囲、Ｃ…中心、Ｆ…波長フィルター、Ｆ１…引張応力、Ｆ２…圧縮応力、Ｌ…光、Ｌ１，Ｌ２…光信号、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ１’，Ｍ２’，Ｍ６，Ｍ３１，Ｍ３２…磁化、Ｒ…レンズ、Ｓ…光センサー、Ｓ１…第１面、Ｓ２…第２面 1,1'...First ferromagnetic layer, 2,2'...Second ferromagnetic layer, 3,3'...Spacer layer, 4...Buffer layer, 5...Seed layer, 6...Ferromagnetic layer, 7...Magnetic coupling Layer, 8... Perpendicular magnetization inducing layer, 9... Cap layer, 10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F... Photodetecting element, 11, 11B, 11D, 11F... Magnetic element, 12... First electrode, 13 ... second electrode, 20... light irradiation section, 30... magnetic field application section, 31... first hard magnetic layer, 32... second hard magnetic layer, 33... first light shielding layer, 34... second light shielding layer, 40... anti- Ferromagnetic layer, 50... Piezoelectric element, 51... Piezoelectric body, 52, 53... Electrode, 90... Insulating layer, 100... Optical device, 120... Circuit board, 121... Analog-digital converter, 122... Output terminal, 130... Wiring Layer, 131... Wiring, 132... Interlayer insulating film, 300... Receiving device, 301... Photodetecting element, 302... Signal processing unit, 400... Transmitting device, 401... Light source, 402... Electric signal generation element, 403... Light modulation element , 500, 600...terminal device, 1000...transmitting/receiving device, 2000...optical sensor device, A1...range of external magnetic field strength including zero, C...center, F...wavelength filter, F1...tensile stress, F2...compressive stress, L ...light, L1, L2...optical signal, M1, M2, M1', M2', M6, M31, M32...magnetization, R...lens, S...light sensor, S1...first surface, S2...second surface

Claims (10)

磁性素子と光照射部とを備え、
前記光照射部は、前記磁性素子に光を照射し、
前記磁性素子は、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、
前記第１強磁性層の磁化は、前記光照射部から前記磁性素子に光が照射されていない状態で、前記第１強磁性層が広がる面内方向及び前記第１強磁性層が広がる面と直交する面直方向のいずれに対しても傾いている、光デバイス。 Equipped with a magnetic element and a light irradiation part,
The light irradiation unit irradiates the magnetic element with light,
The magnetic element includes a first ferromagnetic layer that is irradiated with light, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer,
The magnetization of the first ferromagnetic layer is determined in the in-plane direction in which the first ferromagnetic layer spreads and in the plane in which the first ferromagnetic layer spreads when no light is irradiated from the light irradiation part to the magnetic element. An optical device that is tilted in both orthogonal directions. 磁場印加部をさらに備え、
前記磁場印加部は、前記第１強磁性層に対して磁場を印加し、
前記磁場印加部は、前記光照射部から前記磁性素子に照射される光を遮らない位置にある、請求項１に記載の光デバイス。 further comprising a magnetic field applying section,
The magnetic field applying unit applies a magnetic field to the first ferromagnetic layer,
The optical device according to claim 1, wherein the magnetic field application section is located at a position where it does not block the light irradiated onto the magnetic element from the light irradiation section. 前記磁場印加部には、前記光照射部からの光が照射されない、請求項２に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 2, wherein the magnetic field application section is not irradiated with light from the light irradiation section. 前記磁性素子は、反強磁性層をさらに備え、
前記反強磁性層は、前記第１強磁性層の前記スペーサ層と接する第１面と反対側の第２面に接する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光デバイス。 The magnetic element further includes an antiferromagnetic layer,
4. The optical device according to claim 1, wherein the antiferromagnetic layer is in contact with a second surface of the first ferromagnetic layer that is opposite to the first surface that is in contact with the spacer layer. 前記反強磁性層は、酸化物を含む、請求項４に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 4, wherein the antiferromagnetic layer includes an oxide. 圧電素子をさらに備え、
前記圧電素子は、前記第１強磁性層に応力を印加する、請求項１に記載の光デバイス。 Further equipped with a piezoelectric element,
The optical device according to claim 1, wherein the piezoelectric element applies stress to the first ferromagnetic layer. 前記圧電素子は、前記光照射部から前記磁性素子に照射される光を遮らない位置にある、請求項６に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 6, wherein the piezoelectric element is located at a position where it does not block the light irradiated from the light irradiation section to the magnetic element. 前記第１強磁性層は、前記面直方向から見て、長手方向の長さを短手方向の長さで割ったアスペクト比が１より大きい、請求項１に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 1, wherein the first ferromagnetic layer has an aspect ratio larger than 1, which is the length in the longitudinal direction divided by the length in the lateral direction when viewed from the direction perpendicular to the plane. 磁性素子と光照射部とを備え、
前記光照射部は、前記磁性素子に光を照射し、
前記磁性素子は、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、
光デバイスに印加された外部磁場に対する前記磁性素子の抵抗変化を示すＲＨ曲線は、前記光照射部から前記磁性素子に光が照射されていない状態で、少なくとも、ゼロを含む外部磁場強度の範囲においてヒステリシスを示さない、光デバイス。 Equipped with a magnetic element and a light irradiation part,
The light irradiation unit irradiates the magnetic element with light,
The magnetic element includes a first ferromagnetic layer that is irradiated with light, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer,
The RH curve showing the resistance change of the magnetic element with respect to the external magnetic field applied to the optical device is at least in the range of the external magnetic field strength including zero when the magnetic element is not irradiated with light from the light irradiation part. Optical device that does not exhibit hysteresis. 磁性素子と光照射部とを備え、
前記光照射部は、前記磁性素子に光を照射し、
前記磁性素子は、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、
前記第１強磁性層の磁区構造は、前記光照射部から前記磁性素子に光が照射されていない状態で、ボルテックス構造である、光デバイス。 Equipped with a magnetic element and a light irradiation part,
The light irradiation unit irradiates the magnetic element with light,
The magnetic element includes a first ferromagnetic layer that is irradiated with light, a second ferromagnetic layer, and a spacer layer sandwiched between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer,
The optical device wherein the magnetic domain structure of the first ferromagnetic layer is a vortex structure when the magnetic element is not irradiated with light from the light irradiation section.
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