接收装置、发送接收装置、通信系统、便携终端装置和光检测元件的制作方法

1.本发明涉及接收装置、发送接收装置、通信系统、便携终端装置和光检测元件。


背景技术：

2.随着互联网的普及，通信量飞跃性地增大，光通信的重要性非常高。光通信是将电信号转换为光信号并使用光信号进行收发的通信单元。
3.例如，在专利文献1中记载了使用光电二极管来接收光信号的接收装置。光电二极管例如是使用半导体的pn结的pn结二极管等。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2001-292107号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.随着信息通信技术的发展，要求通信速度的进一步高速化，在光通信中，为了实现高速通信，要求信号调制的频率的高频化。在专利文献1所示的半导体光电二极管中，存在伴随着高频化而接收灵敏度显著降低的问题，为了进一步发展而要求新的突破。
9.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种新的接收装置、接收系统、发送接收装置、通信系统和光检测元件，提供一种能够进行高速通信的接收装置、接收系统、发送接收装置、通信系统和光检测元件。
10.用于解决课题的方法
11.为了解决上述课题，提供以下的手段。
12.(1)第1方式的接收装置具备磁性元件，该磁性元件具备第1铁磁性层、第2铁磁性层、和被所述第1铁磁性层和所述第2铁磁性层夹着的间隔层，包含具有光强度变化的光信号的光，照射至所述第1铁磁性层，基于来自所述磁性元件的输出电压，接收所述光信号。
13.(2)上述方式的接收装置也可以构成为，来自所述磁性元件的输出电压，与照射至所述第1铁磁性层的所述光的强度的变化对应地变化。
14.(3)在上述方式的接收装置中，也可以是，对所述第1铁磁性层未照射所述光的状态下的所述第1铁磁性层的磁化方向，与对所述第1铁磁性层照射有所述光的状态下的所述第1铁磁性层的磁化方向的角度大于0
°
且小于90
°
。
15.(4)上述方式的接收装置也可以构成为，所述光信号具有至少2个等级的强度，来自所述磁性元件的输出电压的大小，在照射至所述第1铁磁性层的所述光的强度为第1强度的情况下显示第1值，在照射至所述第1铁磁性层的所述光的强度为第2强度的情况下显示第2值，在所述第2强度大于所述第1强度的条件下，在所述第2值大于所述第1值的情况下：使电流从所述第1铁磁性层向所述第2铁磁性层流动，在所述第2值小于所述第1值的情况
下，使电流从所述第2铁磁性层向所述第1铁磁性层流动。
16.(5)上述方式的接收装置也可以还具备对所述第1铁磁性层施加偏置磁场的硬偏置层，从与所述磁性元件的层叠方向正交的任一方向观察，所述硬偏置层位于与所述第1铁磁性层重叠的位置，所述硬偏置层的磁化方向与未照射所述光的状态下的所述第1铁磁性层的磁化方向相反。
17.(6)在上述方式的接收装置中，也可以是，所述磁性元件还具备与所述第1铁磁性层连接的第1电极和与所述第2铁磁性层连接的第2电极，所述第1电极对所述光信号的使用波长区域的光具有透过性。
18.(7)上述方式的接收装置也可以还具备软磁性体，在从所述磁性元件的层叠方向俯视时，所述软磁性体从外侧覆盖所述磁性元件的外周的至少一部分。
19.(8)在上述方式的接收装置中，也可以是，所述软磁性体也位于所述磁性元件的层叠方向的上方和下方，位于所述磁性元件的上方和下方的软磁性体中的位于所述第1铁磁性层侧的软磁性体具有开口。
20.(9)在上述方式的接收装置中，也可以是，在所述开口具有与所述软磁性体连接的网状的磁性网。
21.(10)在上述方式的接收装置中，也可以将来自所述磁性元件的输出电压为阈值以上的情况作为第1信号，将低于阈值的情况作为第2信号来进行处理。
22.(11)在上述方式的接收装置中，也可以将来自所述磁性元件的输出电压在规定时间内变化的情况作为第1信号，将来自所述磁性元件的输出电压在规定时间内不变化的情况作为第2信号来进行处理。
23.(12)上述方式的接收装置也可以还具备集成电路，所述磁性元件和所述集成电路经由层间绝缘膜而形成在同一基板上，所述集成电路和磁性元件经由贯通所述层间绝缘膜的贯通配线而连接。
24.(13)第2方式的发送接收装置具备上述方式的接收装置和发送光信号的发送装置。
25.(14)第3方式的通信系统具有多个上述方式的发送接收装置。
26.(15)第4方式的便携终端装置具有上述方式的接收装置。
27.(16)第5方式的光检测元件具备第1铁磁性层、第2铁磁性层、和被所述第1铁磁性层和所述第2铁磁性层夹着的间隔层，输出电压与对所述第1铁磁性层照射的光的强度的变化对应地变化。
28.(17)在上述方式的光检测元件中，也可以是，对所述第1铁磁性层未照射所述光的状态下的所述第1铁磁性层的磁化方向，与对所述第1铁磁性层照射有所述光的状态下的所述第1铁磁性层的磁化方向的角度大于0
°
且小于90
°
。
29.(18)上述方式的光检测元件也可以构成为，照射有具有至少2个等级的强度的光信号，在照射至所述第1铁磁性层的所述光的强度为第1强度的情况下，所述输出电压的大小显示第1值，在照射到所述第1铁磁性层的所述光的强度为第2强度的情况下，所述输出电压的大小显示第2值，在所述第2强度大于所述第1强度的条件下，在所述第2值大于所述第1值的情况下，电流从所述第1铁磁性层向所述第2铁磁性层流动，在所述第2值小于所述第1值的情况下，电流从所述第2铁磁性层向所述第1铁磁性层流动。
30.发明效果
31.上述方式的接收装置、发送接收装置、通信系统、便携终端装置和光检测元件是新的，产生新的突破。另外，上述方式的接收装置、发送接收装置、通信系统、便携终端装置和光检测元件能够进行高速通信。
附图说明
32.图1是第1实施方式的通信系统的概念图。
33.图2是第1实施方式的发送接收装置的框图。
34.图3是第1实施方式的发送接收装置的电路图。
35.图4是第1实施方式的接收装置的截面图。
36.图5是第1实施方式的光检测元件的截面图。
37.图6是用于以第1机理说明第1实施方式的光检测元件的第1模式的动作的示意图。
38.图7是用于以第2机理说明第1实施方式的光检测元件的第1模式的动作的示意图。
39.图8是用于以第1机理说明第1实施方式的光检测元件的第2模式的动作的示意图。
40.图9是用于以第2机理说明第1实施方式的光检测元件的第2模式的动作的示意图。
41.图10是用于以第1机理说明使用第1实施方式的光检测元件输出多值的情况下的光检测元件的动作的示意图。
42.图11是用于以第2机理说明使用第1实施方式的光检测元件输出多值的情况下的光检测元件的动作的示意图。
43.图12所示是第1实施方式的光检测元件发生异常时的光检测元件的行为的示意图。
44.图13是表示实施例和比较例1的灵敏度的模拟结果的图。
45.图14是表示实施例和比较例2的灵敏度的模拟结果的图。
46.图15是第1变形例的发送接收装置的电路图。
47.图16是用沿着z方向的面剖切第2变形例的光检测元件的截面图。
48.图17是用通过第1铁磁性层1的xy平面剖切第2变形例的光检测元件及其周边的截面图。
49.图18是用沿着z方向的面剖切第3变形例的光检测元件的截面图。
50.图19是用沿着z方向的面剖切第4变形例的接收装置的截面图。
51.图20是第4变形例的接收装置的从z方向观察的俯视图。
52.图21是用沿着z方向的面剖切第5变形例的接收装置的截面图。
53.图22是第5变形例的接收装置的从z方向观察的俯视图。
54.图23是第6变形例的接收装置的截面图。
55.图24是用于说明第2实施方式的接收装置的动作的图。
56.图25是通信系统的另一例的概念图。
57.图26是通信系统的另一例的概念图。
58.附图标记说明
[0059]1…
第1铁磁性层
[0060]2…
第2铁磁性层
[0061]3…
间隔层
[0062]4…
第3铁磁性层
[0063]5…
磁耦合层
[0064]6…
基底层
[0065]7…
垂直磁化诱发层
[0066]8…
盖层
[0067]9…
侧壁绝缘层
[0068]
10
…
光检测元件
[0069]
11
…
信号处理部
[0070]
15
…
第1电极
[0071]
16
…
第2电极
[0072]
20
…
集成电路
[0073]
30
…
层间绝缘膜
[0074]
40
…
硬偏置层
[0075]
50
…
配线层
[0076]
60、61
…
软磁性体
[0077]
62
…
开口
[0078]
63
…
磁性网
[0079]
64
…
绝缘层
[0080]
100、101、102、103
…
接收装置
[0081]
200
…
发送装置
[0082]
201
…
光源
[0083]
202
…
电信号生成元件
[0084]
203
…
光调制元件
[0085]
300、301
…
发送接收装置
[0086]
500
…
便携终端装置
[0087]
600
…
信息处理装置
[0088]
1000、1001、1002
…
通信系统
[0089]
ad
…
模拟数字转换器
[0090]
fb
…
光纤
[0091]g…
接地
[0092]
is
…
感测电流
[0093]
m1、m2、m40
…
磁化
[0094]
pg…
基准电位端子
[0095]
p
in
…
输入端子
[0096]
p
out
…
输出端子
[0097]
ps
…
电源
[0098]w…
贯通配线
具体实施方式
[0099]
以下，适当参照附图对实施方式进行详细说明。在以下的说明中使用的附图中，为了容易理解特征，有时为了方便而将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材料、尺寸等是一个例子，本发明并不限定于此，能够在起到本发明的效果的范围内适当变更而实施。
[0100]
对方向进行定义。将光检测元件10的层叠方向设为z方向，将与z方向正交的面内的一个方向设为x方向，将与x方向和z方向正交的方向设为y方向。z方向是层叠方向的一例。以下，有时将+z方向表现为“上”，将-z方向表现为“下”。+z方向是从基板sb朝向光检测元件10的方向。上下未必与重力施加的方向一致。
[0101]
[第1实施方式]
[0102]
图1是第1实施方式的通信系统1000的概念图。图1所示的通信系统1000包括多个发送接收装置300和将发送接收装置300之间连接的光纤fb。通信系统1000例如能够用于数据中心内和数据中心间那样的短、中距离的通信、城市间那样的长距离的通信。发送接收装置300例如设置于数据中心内、长距离通信网的基站、主干站。光纤fb例如连接数据中心之间。通信系统1000例如经由光纤fb进行发送接收装置300之间的通信。通信系统1000也可以不经由光纤fb而以无线方式进行发送接收装置300之间的通信。
[0103]
图2是第1实施方式的发送接收装置300的框图。发送接收装置300包括接收装置100和发送装置200。接收装置100接收光信号l1，发送装置200发送光信号l2。本说明书中的光不限于可见光线，也包括波长比可见光线长的红外线、波长比可见光线短的紫外线。
[0104]
接收装置100例如包括光检测元件10和信号处理部11。光检测元件10将光信号l1转换为电信号。光检测元件10的详细情况在后面叙述。信号处理部11处理由光检测元件10转换后的电信号。信号处理部11通过对从光检测元件10产生的电信号进行处理，来接收光信号l1所包含的信号。
[0105]
发送装置200例如包括光源201、电信号生成元件202和光调制元件203。光源201例如是激光元件。光源201也可以位于发送装置200的外部。电信号生成元件202基于发送信息生成电信号。电信号生成元件202也可以与信号处理部11的信号转换元件成为一体。光调制元件203基于由电信号生成元件202生成的电信号，对从光源201输出的光进行调制，输出光信号l2。
[0106]
图3是第1实施方式的发送接收装置300的电路图。在图3中，省略了信号处理部11。
[0107]
接收装置100例如包括光检测元件10、第1电极15、第2电极16、输入端子p
in
、输出端子p
out
和基准电位端子pg。第1电极15和第2电极16在层叠方向上夹着光检测元件10。第1电极15例如是被照射包含光信号l1的光的一侧的电极。
[0108]
第1电极15例如与输入端子p
in
和输出端子p
out
连接。第2电极16例如与基准电位端子pg连接。输入端子p
in
与电源ps连接。电源ps也可以位于接收装置100的外部。电源ps对光检测元件10施加感测电流、复位电流等。在不需要从外部向光检测元件10流通电流的情况下，也可以没有输入端子p
in
和电源ps。输出端子p
out
例如输出在层叠方向上夹着光检测元件10的第1电极15与第2电极16之间的电压。光检测元件10的层叠方向的电阻值通过在光检测元件10的层叠方向流过感测电流而根据欧姆定律求出。输出端子p
out
与信号处理部11连接。基准电位端子pg与基准电位连接，决定接收装置100的基准电位。图3中的基准电位为地线
g。地线g也可以设置在接收装置100的外部。基准电位也可以是接地g以外的电位。
[0109]
接收装置100和发送装置200例如与共用的基准电位(地g)连接。接收装置100和发送装置200的基准电位也可以不同。如果接收装置100与发送装置200的基准电位相同，则能够减少噪声的产生。
[0110]
图4是第1实施方式的接收装置100的截面图。接收装置100例如包括光检测元件10、集成电路20和层间绝缘膜30。光检测元件10、集成电路20和层间绝缘膜30例如形成在同一基板sb上。
[0111]
集成电路20包括对从光检测元件10输出的信号进行处理的信号处理部11。集成电路20例如将来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)为阈值以上的情况作为第1信号(例如“1”)，将小于阈值的情况作为第2信号(例如“0”)进行处理。在发送装置200形成于同一基板sb上的情况下，集成电路20也可以包括光源201、电信号生成元件202、光调制元件203。集成电路20和光检测元件10例如经由贯通层间绝缘膜30的贯通配线w连接。也可以代替贯通配线w而通过引线接合将它们之间连接。
[0112]
层间绝缘膜30是使多层配线的配线间、元件间绝缘的绝缘体。层间绝缘膜30例如是si、al、mg的氧化物、氮化物、氮氧化物。层间绝缘膜30例如是氧化硅(sio
x
)、氮化硅(sin
x
)、碳化硅(sic)、氮化铬、碳氮化硅(sicn)、氧氮化硅(sion)、氧化铝(al2o3)、氧化锆(zro
x
)等。
[0113]
图5是第1实施方式的光检测元件10的截面图。在图5中，同时图示第1电极15和第2电极16，用箭头表示铁磁性体的初始状态下的磁化的方向。
[0114]
光检测元件10是至少具有第1铁磁性层1、第2铁磁性层2和间隔层3的磁性元件。间隔层3位于第1铁磁性层1与第2铁磁性层2之间。光检测元件10除了这些以外，还可以具有第3铁磁性层4、磁耦合层5、基底层6、垂直磁化诱发层7、覆盖层8、侧壁绝缘层9。
[0115]
光检测元件10例如是间隔层3由绝缘材料构成的mtj(magnetic tunnel junction：磁性隧道结)元件。在该情况下，光检测元件10是与第1铁磁性层1的磁化的方向与第2铁磁性层2的磁化的方向的相对角的变化相应地，z方向的电阻值(在z方向流过电流的情况下的电阻值)变化的元件。这样的元件也被称为磁阻效应元件。
[0116]
第1铁磁性层1是当从外部照射光时磁化方向发生变化的光检测层。第1铁磁性层1也被称为磁化自由层。磁化自由层是包含在被施加了来自规定的外部的能量时磁化的方向发生变化的磁性体的层。规定的来自外部的能量例如是从外部照射的光、在光检测元件10的z方向上流动的电流、外部磁场。铁磁性体的磁化能够追随照射到铁磁性体的光的强度的高速的变化(高频的光信号)而改变方向，所以通过将第1铁磁性层1用作光检测层，接收装置100能够接收高频的光信号，能够进行高速的光通信。
[0117]
第1铁磁性层1包含铁磁性体。第1铁磁性层1例如至少包含co、fe、ni中的任一种。第1铁磁性层1例如包含co、fe或ni等磁性元素。第1铁磁性层1也可以与上述那样的磁性元素一起包含b、mg、hf、gd等非磁性元素。第1铁磁性层1例如也可以是包含磁性元素和非磁性元素的合金。第1铁磁性层1也可以由多个层构成。第1铁磁性层1例如是cofeb合金、用fe层夹着cofeb合金层的层叠体、用cofe层夹着cofeb合金层的层叠体。一般地，“铁磁性”包括“亚铁磁性”。第1铁磁性层1也可以示出亚铁磁性。此外，第1铁磁性层1也可以示出除亚铁磁性外的铁磁性。例如，cofeb合金示出除亚铁磁性外的铁磁性。
[0118]
第1铁磁性层1可以是在膜面内方向(xy面内的任一方向)具有易磁化轴的面内磁化膜，也可以是在膜垂直方向(z方向)具有易磁化轴的垂直磁化膜。为了使第1铁磁性层1成为垂直磁化膜，第1铁磁性层1也可以是富fe层。例如，第1铁磁性层1中的fe的构成比率可以为50原子％以上。此外，例如，cofeb合金中的fe的构成比率可以为50原子％以上。
[0119]
第1铁磁性层1的膜厚例如为1nm以上5nm以下。第1铁磁性层1的膜厚例如优选为1nm以上且2nm以下。在第1铁磁性层1为垂直磁化膜的情况下，如果第1铁磁性层1的膜厚薄，则来自位于第1铁磁性层1的上下的层的垂直磁各向异性施加效果增强，第1铁磁性层的垂直磁各向异性提高。即，如果第1铁磁性层1的垂直磁各向异性高，则磁化欲向z方向返回的力增强。另一方面，如果第1铁磁性层1的膜厚较厚，则来自位于第1铁磁性层1的上下的层的垂直磁各向异性施加效果相对减弱，第1铁磁性层1的垂直磁各向异性减弱。
[0120]
如果第1铁磁性层1的膜厚变薄，则作为铁磁性体的体积变小，如果变厚，则作为铁磁性体的体积变大。施加来自外部的能量时的第1铁磁性层1的磁化反应的容易度与第1铁磁性层1的磁各向异性(ku)和体积(v)之积(kuv)成反比。即，如果第1铁磁性层1的磁各向异性与体积之积变小，则对超高速时的光信号l1的反应性提高。从这样的观点出发，优选随着光通信成为超高速，在适当地设计第1铁磁性层1的磁各向异性的基础上减小第1铁磁性层1的体积。即，越是超高速通信，越优选使第1铁磁性层1的膜厚变薄。
[0121]
在第1铁磁性层1的膜厚比2nm厚的情况下，也可以在第1铁磁性层1内设置例如由mo、w构成的插入层。即，也可以将在z方向上依次层叠有铁磁性层、插入层、铁磁性层的层叠体作为第1铁磁性层1。通过插入层与铁磁性层的界面处的界面磁各向异性，第1铁磁性层1整体的垂直磁各向异性提高。插入层的膜厚例如为0.1nm～0.6nm。
[0122]
第2铁磁性层2是磁化固定层。磁化固定层是由在施加了来自规定的外部的能量时磁化的方向比磁化自由层难以变化的磁性体构成的层。第2铁磁性层2的矫顽力例如比第1铁磁性层1的矫顽力大。第2铁磁性层2在与第1铁磁性层1相同的方向上具有易磁化轴。第2铁磁性层2可以是面内磁化膜，也可以是垂直磁化膜。
[0123]
构成第2铁磁性层2的材料例如与第1铁磁性层1相同。第2铁磁性层2例如可以是依次层叠有0.4nm～1.0nm的厚度的co、0.1nm～0.5nm的厚度的mo、0.3nm～1.0nm的厚度的cofeb合金、0.3nm～1.0nm的厚度的fe的层叠体。
[0124]
第2铁磁性层2的磁化例如也可以通过经由磁耦合层5的与第3铁磁性层4的磁耦合来固定。在该情况下，有时也将第2铁磁性层2、磁耦合层5和第3铁磁性层4的组合称为磁化固定层。
[0125]
第3铁磁性层4例如与第2铁磁性层2磁耦合。磁耦合例如是反铁磁性的耦合，通过rkky相互作用而发生。构成第3铁磁性层4的材料例如与第1铁磁性层1相同。第3铁磁性层4例如是co和pt交替层叠而成的层叠膜、co和ni交替层叠而成的层叠膜。磁耦合层5例如是ru、ir等。磁耦合层5的膜厚例如是通过rkky相互作用使第2铁磁性层2与第3铁磁性层4反铁磁性地耦合的膜厚。
[0126]
间隔层3是配置在第1铁磁性层1与第2铁磁性层2之间的非磁性层。间隔层3由导电体、绝缘体或半导体构成的层、或者在绝缘体中包含由导体构成的通电点的层构成。间隔层3的膜厚能够根据后述的初始状态下的第1铁磁性层1的磁化m1和第2铁磁性层2的磁化m2的取向方向来调节。
[0127]
例如，在间隔层3由绝缘体构成的情况下，光检测元件10具有由第1铁磁性层1、间隔层3和第2铁磁性层2构成的磁性隧道结(mtj：magnetic tunnel junction)。这种元件被称为mtj元件。在该情况下，光检测元件10能够表现隧道磁阻(tmr：tunnel magnetoresistance)效应。例如，在间隔层3由金属构成的情况下，光检测元件10能够表现巨磁阻(gmr：giant magnetoresistance)效应。这种元件被称为gmr元件。光检测元件10根据间隔层3的构成材料，有时称呼与mtj元件、gmr元件等不同，也总称为磁阻效应元件。
[0128]
在间隔层3由绝缘材料构成的情况下，能够使用包含氧化铝、氧化镁、氧化钛或氧化硅等的材料。另外，在这些绝缘材料中也可以包含al、b、si、mg等元素、co、fe、ni等磁性元素。通过调节间隔层3的膜厚以使得在第1铁磁性层1与第2铁磁性层2之间表现出高tmr效果，能够得到高磁阻变化率。为了有效地利用tmr效应，间隔层3的膜厚可以为0.5～5.0nm左右，也可以为1.0～2.5nm左右。
[0129]
在由非磁性导电材料构成间隔层3的情况下，能够使用cu、ag、au或ru等导电材料。为了有效地利用gmr效应，间隔层3的膜厚可以为0.5～5.0nm左右，也可以为2.0～3.0nm左右。
[0130]
在由非磁性半导体材料构成间隔层3的情况下，能够使用氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锗、氧化镓或ito等材料。在该情况下，间隔层3的膜厚可以为1.0～4.0nm左右。
[0131]
在作为间隔层3而应用包含由非磁性绝缘体中的导体构成的通电点的层的情况下，也可以采用在由氧化铝或氧化镁构成的非磁性绝缘体中包含由cu、au、al等非磁性的导体构成的通电点的结构。另外，也可以由co、fe、ni等磁性元素构成导体。在该情况下，间隔层3的膜厚可以为1.0～2.5nm左右。通电点例如是从与膜面垂直的方向观察时的直径为1nm以上且5nm以下的柱状体。
[0132]
图5所示的基底层6例如位于第2电极16上。基底层6为晶种层或缓冲层。晶种层提高层叠于晶种层上的层的结晶性。晶种层例如为pt、ru、hf、zr、nifecr。晶种层的膜厚例如为1nm以上且5nm以下。缓冲层是缓和不同晶体间的晶格失配的层。缓冲层例如为ta、ti、w、zr、hf或这些元素的氮化物。缓冲层的膜厚例如为1nm以上且5nm以下。
[0133]
垂直磁化诱发层7在第1铁磁性层1为垂直磁化膜的情况下形成。垂直磁化诱发层7层叠在第1铁磁性层1上。垂直磁化诱发层7诱发第1铁磁性层1的垂直磁各向异性。垂直磁化诱发层7例如是氧化镁、w、ta、mo等。在垂直磁化诱发层7是氧化镁的情况下，为了提高导电性，优选氧化镁氧缺失。垂直磁化诱发层7的膜厚例如为0.5nm以上且2.0nm以下。
[0134]
盖层8位于第1铁磁性层1与第1电极15之间。盖层8在工艺过程中防止对下层的损伤，并且在退火时提高下层的结晶性。覆盖层8的膜厚例如为3nm以下，以使得对第1铁磁性层1照射充分的光。
[0135]
侧壁绝缘层9覆盖包含第1铁磁性层1和第2铁磁性层2的层叠体的周围。侧壁绝缘层9例如由与层间绝缘膜30相同的材料构成。
[0136]
第1电极15例如对光信号l1的使用波长区域的光具有透过性。光信号l1所使用的光的使用波长区域例如为300nm以上且2μm以下，包含可见光区域、近红外光区域。第1电极15例如是包含氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锌(zno)、氧化铟镓锌(igzo)等氧化物的透明电极材料的透明电极。第1电极15也可以构成为在这些透明电极材料中具有多个柱状金属。在该情况下，第1电极15的膜厚例如为10nm～300nm。作为第1电极15，并非必须使用
如上所述的透明电极材料，也可以通过以薄的膜厚使用au、cu或al等金属材料，使来自外部的光到达第1铁磁性层1。在使用金属作为第1电极15的材料的情况下，第1电极15的膜厚例如为3～10nm。特别是au对蓝色附近的波长的光的透射率比其他金属材料高。另外，第1电极15也可以在被照射光的照射面具有防反射膜。
[0137]
第2电极16由具有导电性的材料构成。第2电极16例如由cu、al或au等金属构成。也可以在这些金属的上下层叠ta、ti。另外，也可以使用cu和ta的层叠膜、ta、cu和ti的层叠膜、ta、cu和tan的层叠膜。另外，作为第2电极16，也可以使用tin或tan。第2电极16的膜厚例如为200nm～800nm。第2电极16也可以对光信号l1的使用波长区域的光具有透过性。作为第2电极16的材料，与第1电极15同样地，例如也可以使用氧化铟锡(ito)、氧化铟锌(izo)、氧化锌(zno)、氧化铟镓锌(igzo)等氧化物的透明电极材料。即使在从第1电极15照射光的情况下，根据光的强度，也可能存在光到达第2电极16的情况，但在该情况下，通过第2电极16包含氧化物的透明电极材料而构成，与第2电极16由金属构成的情况相比，能够抑制第2电极16和与其相接的层的界面处的光的反射。
[0138]
光检测元件10通过各层的层叠工序、退火工序、加工工序来制作。首先，在第2电极16上依次层叠基底层6、第3铁磁性层4、磁耦合层5、第2铁磁性层2、间隔层3、第1铁磁性层1、垂直磁化诱发层7、覆盖层8。各层例如通过溅射而成膜。
[0139]
接着，对层叠膜进行退火。退火温度例如为250℃至450℃。在层叠膜与半导体电路形成于同一基板上的情况下，优选在400℃以上进行退火。然后，通过光刻和蚀刻将层叠膜加工成规定的柱状体。柱状体可以是圆柱，也可以是棱柱。例如，从z方向观察柱状体时的最短宽度可以为10nm以上且2000nm以下，也可以为30nm以上且500nm以下。
[0140]
接着，以覆盖柱状体的侧面的方式形成绝缘层。绝缘层成为侧壁绝缘层9。侧壁绝缘层9也可以层叠多次。接着，通过化学机械研磨(cmp)使盖层8的上表面从侧壁绝缘层9露出，在盖层8上制作第1电极15。通过上述工序，得到光检测元件10。
[0141]
接着，对第1实施方式的光检测元件10的动作进行说明。对第1铁磁性层1照射包含具有光强度变化的光信号l1的光。也可以在光检测元件10的层叠方向的第1铁磁性层1侧配置透镜，经由透镜照射聚光于第1铁磁性层1的光。透镜也可以在形成光检测元件10的晶片工序中形成。光检测元件10的z方向的电阻值因包含光信号l1的光向第1铁磁性层1的照射而变化。以照射到第1铁磁性层1的光的强度为第1强度和第2强度这2个等级的情况为例进行说明。第2强度大于第1强度。第1强度也可以是照射到第1铁磁性层1的光的强度为零的情况。
[0142]
第1实施方式的光检测元件10的动作有2个模式。第1模式是来自光检测元件10的输出电压为第2强度的情况比第1强度的情况高的情况。第2模式是来自光检测元件10的输出电压在第1强度的情况下比在第2强度的情况下高的情况。
[0143]
图6和图7是用于说明第1实施方式的光检测元件10的第1模式的动作的图。作为光检测元件10的动作的机理，考虑2个机理，图6是用于说明第1机理的图，图7是用于说明第2机理的图。在图6和图7的上方的图中，纵轴为照射到第1铁磁性层1的光的强度，横轴为时间。在图6和图7的下方的图中，纵轴为光检测元件10的z方向的电阻值，横轴为时间。
[0144]
首先，在对第1铁磁性层1照射了第1强度的光的状态(以下，称为初始状态)下，第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2处于平行的关系，光检测元件10的z方向的电
阻值显示第1电阻值r1，来自光检测元件10的输出电压的大小显示第1值。光检测元件10的z方向的电阻值通过在光检测元件10的z方向流过感测电流is，在光检测元件10的z方向的两端产生电压，所以根据该电压值使用欧姆定律求出。来自光检测元件10的输出电压在第1电极15与第2电极16之间产生。在图6所示的第1模式的情况下，优选使感测电流is从第1铁磁性层1向第2铁磁性层2流动。通过使感测电流is在该方向流动，与第2铁磁性层2的磁化m2相同方向的自旋转移力矩作用于第1铁磁性层1的磁化m1，在初始状态下磁化m1与磁化m2平行。另外，通过使感测电流is在该方向流动，能够防止第1铁磁性层1的磁化m1在动作时反转。
[0145]
接着，照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度。第2强度比第1强度大，通过光的照射产生的来自外部的能量，第1铁磁性层1的磁化m1从初始状态变化。磁化m1的状态例如是相对于z方向的倾斜角、大小等。例如，如图6所示，当照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度时，磁化m1相对于z方向倾斜。对第1铁磁性层1未照射包含光信号l1的光的状态下的第1铁磁性层1的磁化m1的方向与第2强度下的第1铁磁性层1的磁化方向的角度大于0
°
且小于90
°
。另外，例如，如图7所示，当照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度时，磁化m1的大小变小。在对第1铁磁性层1照射有包含光信号l1的光的状态下的第1铁磁性层1的磁化m1比对第1铁磁性层1未照射包含光信号l1的光的状态下的第1铁磁性层1的磁化m1小。当第1铁磁性层1的磁化m1从初始状态变化时，光检测元件10的z方向的电阻值显示第2电阻值r2，来自光检测元件10的输出电压的大小显示第2值。
[0146]
即，在照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度向第2强度变化的情况下，光检测元件10的z方向的电阻值从第1电阻值r1向第2电阻值r2变化。换言之，与向第1铁磁性层照射的光的从第1强度向第2强度的变化对应地，光检测元件10的z方向的电阻值从第1电阻值r1向第2电阻值r2变化。第2电阻值r2大于第1电阻值r1，输出电压的第2值大于第1值。第2电阻值r2是磁化m1与磁化m2平行的情况下的电阻值(第1电阻值r1)与磁化m1与磁化m2反平行的情况下的电阻值之间。第1铁磁性层1的磁化m1优选不因包含光信号l1的光向第1铁磁性层1的照射而反转。
[0147]
在第1铁磁性层1的磁化m1作用有与第2铁磁性层2的磁化m2相同方向的自旋转移力矩。因此，在图6所示的情况下，磁化m1欲返回与磁化m2平行的状态，如果照射到第1铁磁性层1的光的强度从第2强度变化为第1强度，则光检测元件10返回初始状态。在图7所示的情况下，如果照射到第1铁磁性层1的光的强度返回第1强度，则第1铁磁性层1的磁化m1的大小复原，光检测元件10返回初始状态。在任一情况下，当磁化m1返回到初始状态时，光检测元件10的z方向的电阻值返回到第1电阻值r1。即，在照射到第1铁磁性层1的光的强度从第2强度变化为第1强度的情况下，光检测元件10的z方向的电阻值从第2电阻值r2向第1电阻值r1变化。换言之，与向第1铁磁性层照射的光的从第2强度向第1强度的变化对应地，光检测元件10的z方向的电阻值从第2电阻值r2向第1电阻值r1变化。
[0148]
在任一机理中，如果第1实施方式的光检测元件10以第1模式动作，则光检测元件10的层叠方向的电阻值与照射到第1铁磁性层1的光的强度的变化对应地变化。即，与照射到第1铁磁性层1的光的强度的变化对应地，来自光检测元件10的输出电压变化。其结果是，光检测元件10能够将光信号l1的强度的变化转换为光检测元件10的z方向的电阻值的变
化、即来自光检测元件10的输出电压的变化。在图6和图7所示的例子中，光检测元件10的层叠方向的电阻值、即来自光检测元件10的输出电压成为与照射到第1铁磁性层1的光的强度对应的值。该动作方法，例如，在第1铁磁性层1包含cofeb合金的情况下也可以适用。根据现有的常识，cofeb合金是众所周知的硬盘读头和mram的材料，但没有理由将cofeb合金用作光检测层。然而，通过使用该动作方法，cofeb合金可以作为光检测层发挥功能，并且具有包含cofeb合金的第1铁磁性层1的磁性元件可以作为光检测元件发挥功能。由于用于照射有光时的来自光检测元件10的输出电压变大，将cofeb合金用于第1铁磁性层1是有益的。到目前为止，还没有人考虑过使用cofeb合金作为光检测层，但是能够使用以使较大的输出电压成为可能的cofeb合金这样的磁性体是非常有益的。表示光检测元件10的z方向的电阻值的来自光检测元件10的输出电压信号被发送到信号处理部11，在来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)为阈值以上的情况下，作为第1信号(例如“1”)被处理，在小于阈值的情况下，作为第2信号(例如“0”)被处理。即，接收装置100基于来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)接收光信号l1。
[0149]
图8和图9是用于说明第1实施方式的光检测元件10的第2模式的动作的图。图8是用于说明第1机理的图，图9是用于说明第2机理的图。在图8和图9的上方的图中，纵轴为照射到第1铁磁性层1的光的强度，横轴为时间。在图8和图9的下方的图中，纵轴为光检测元件10的z方向的电阻值，横轴为时间。
[0150]
第2模式与第1模式的不同在于，在初始状态下，第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2为反平行状态，动作原理与第1模式相同。
[0151]
首先，在对第1铁磁性层1照射了第1强度的光的状态下，第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2处于反平行状态，光检测元件10的z方向的电阻值显示第1电阻值r1’，来自光检测元件10的输出电压的大小显示第1值。在图8和图9所示的第2模式的情况下，优选感测电流is从第2铁磁性层2向第1铁磁性层1流动。通过使感测电流is在该方向流动，对第1铁磁性层1的磁化m1作用与第2铁磁性层2的磁化m2相反方向的自旋转移力矩，在初始状态下磁化m1与磁化m2成为反平行。在第2模式中，通过使感测电流is的方向与第1模式相反，使初始状态下的第1铁磁性层1的磁化方向(磁化稳定方向)成为相反方向。
[0152]
接着，照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度。第2强度比第1强度大，第1铁磁性层1的磁化m1从初始状态变化。例如，如图8所示，当照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度时，磁化m1相对于z方向倾斜。另外，例如，如图9所示，当照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度时，磁化m1的大小变小。当第1铁磁性层1的磁化m1变化时，光检测元件10的z方向的电阻值显示第2电阻值r2’，来自光检测元件10的输出电压的大小显示第1值。即，在照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度向第2强度变化的情况下，光检测元件10的z方向的电阻值从第1电阻值r1’向第2电阻值r2’变化。换言之，与向第1铁磁性层照射的光的从第1强度向第2强度的变化对应地，光检测元件10的z方向的电阻值从第1电阻值r1’向第2电阻值r2’变化。第2电阻值r2’小于第1电阻值r1’，输出电压的第2值小于第1值。第2电阻值r2’是磁化m1与磁化m2反平行的情况下的电阻值(第1电阻值r1’)和磁化m1与磁化m2平行的情况下的电阻值(图6的第1电阻值r1)之间。
[0153]
在第1铁磁性层1的磁化m1作用有与第2铁磁性层2的磁化m2相反方向的自旋转移力矩。因此，在图8所示的情况下，如果照射到第1铁磁性层1的光的强度从第2强度变化为第
1强度，则从初始状态倾斜的磁化m1返回初始状态。在图9所示的情况下，如果照射到第1铁磁性层1的光的强度返回第1强度，则第1铁磁性层1的磁化m1的大小复原，光检测元件10返回初始状态。当磁化m1返回到初始状态时，光检测元件10的z方向的电阻值返回到第1电阻值r1’。即，在照射到第1铁磁性层1的光的强度从第2强度变化为第1强度的情况下，光检测元件10的z方向的电阻值从第2电阻值r2’向第1电阻值r1’变化。换言之，与向第1铁磁性层照射的光的从第2强度向第1强度的变化对应地，光检测元件10的z方向的电阻值从第2电阻值r2’向第1电阻值r1’变化。
[0154]
在任一机理中，如果第1实施方式的光检测元件10以第2模式动作，则光检测元件10的层叠方向的电阻值与照射到第1铁磁性层1的光的强度的变化对应地变化。即，与照射到第1铁磁性层1的光的强度的变化对应地，来自光检测元件10的输出电压变化。其结果是，光检测元件10能够将光信号l1的强度的变化转换为光检测元件10的z方向的电阻值的变化、即来自光检测元件10的输出电压的变化。在图8和图9所示的例子中，光检测元件10的层叠方向的电阻值、即来自光检测元件10的输出电压成为与照射到第1铁磁性层1的光的强度对应的值。表示光检测元件10的z方向的电阻值的来自光检测元件10的输出电压信号被发送到信号处理部11，在来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)为阈值以上的情况下，作为第1信号(例如“1”)被处理，在小于阈值的情况下，作为第2信号(例如“0”)被处理。即，接收装置100基于来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)接收光信号l1。
[0155]
这样，通过对第1铁磁性层1的磁化m1施加以使磁化m1朝向与磁化m2的方向平行或反平行的任一方向的方式作用的偏置，能够与照射到第1铁磁性层1的光的强度的变化对应地，使光检测元件10的电阻值、即来自光检测元件10的输出电压变化。在上述的第1模式和第2模式的例子中，将基于感测电流is的自旋转移力矩的施加效果用作偏置施加效果。作为偏置施加效果，不限于基于感测电流is的自旋转移力矩的施加效果，例如也可以使用后述的第2变形例至第4变形例所示那样的其他偏置施加效果。
[0156]
在此，还考虑初始状态下的磁化m1和磁化m2的取向方向由于外部磁场、热等外在因素而未取向为正确的方向的情况。因此，也可以在使第1实施方式的光检测元件10动作之前，在光检测元件10的z方向上施加复位电流。
[0157]
复位电流是具有能够使第1铁磁性层1的磁化m1充分反转的电流密度的电流。在第1模式的情况下，使复位电流从第1铁磁性层1向第2铁磁性层2流动。在第2模式的情况下，使复位电流从第2铁磁性层2向第1铁磁性层1流动。如果在光检测元件10的z方向上流过复位电流，则对磁化m1施加自旋转移力矩(stt)，第1铁磁性层1的磁化m1在正确的方向上取向。在各模式中，复位电流的值大于感测电流的值。
[0158]
至此，以照射到第1铁磁性层1的光为第1强度和第2强度这2个等级的情况为例进行了说明，但第1实施方式的光检测元件10也能够通过使照射到第1铁磁性层1的光的强度比2个等级多，来从光信号l1读出多值的信息。
[0159]
图10和图11表示使用第1实施方式的光检测元件10输出多值的情况下的光检测元件10的行为。图10是用于说明第1机理的图，图11是用于说明第2机理的图。图10和图11从左起依次表示第1强度、第2强度、第3强度、第4强度各自的光检测元件10的磁化状态和z方向的电阻值。照射到第1铁磁性层1的光的强度按照第4强度、第3强度、第2强度、第1强度的顺
序依次增强。第1强度也可以是所照射的光的强度为零。
[0160]
如图10所示，在磁化m1与所照射的光的强度相应地倾斜的情况下，照射到第1铁磁性层1的光的强度越大则磁化m1从初始状态起的角度变化越大。对第1铁磁性层1未照射包含光信号l1的光的状态下的第1铁磁性层1的磁化m1的方向与第2强度、第3强度、第4强度各自的磁化m1的方向的角度均大于0
°
且小于90
°
。磁化m1从初始状态起的角度变化越大，光检测元件10的z方向的电阻值相对于初始状态的变化越大。在图10所示的例子中，磁化m1从初始状态起的角度变化越大，光检测元件10的z方向的电阻值越大。因此，光检测元件10的z方向的电阻值在第1强度、第2强度、第3强度、第4强度分别不同。第1实施方式的光检测元件10通过将输出电压的阈值(电阻值的阈值)分为多个等级来规定，能够读出例如“0”、“1”、“2”、“3”这4值的信息。在此，作为一例，表示了读出4个值的情况，但通过输出电压的阈值(电阻值的阈值)的设定，能够自由地设计读出的值的数量。第1铁磁性层1的磁化m1优选不因包含光信号l1的光向第1铁磁性层1的照射而反转。
[0161]
另外，在图11的情况下也同样地，如果照射到第1铁磁性层1的光的强度变大，则由于光的照射而产生的来自外部的能量，第1铁磁性层1的磁化m1的大小从初始状态变小。如果第1铁磁性层1的磁化m1从初始状态变小，则光检测元件10的z方向的电阻值变化。例如，与第1铁磁性层1的磁化m1的大小相应地，光检测元件10的z方向的电阻值变化为第2电阻值r2、第3电阻值r3、第4电阻值r4。因此，与图10的情况同样地，能够将来自光检测元件10的输出电压的差异作为多值或模拟数据输出。
[0162]
另外，在此，以在初始状态下磁化m1与磁化m2平行的情况为例进行了说明，但在初始状态下磁化m1与磁化m2也可以反平行。与图10同样地，在磁化m1与所照射的光的强度相应地倾斜的情况下，磁化m1的从初始状态起的角度变化越大，光检测元件10的z方向的电阻值越小。
[0163]
接着，对光检测元件10发生了异常的情况下的动作进行说明。图12表示第1实施方式的光检测元件10发生异常时的光检测元件10的行为。在图12的上方的图中，纵轴为照射到第1铁磁性层1的光的强度，横轴为时间。在图12的下方的图中，纵轴为光检测元件10的z方向的电阻值，横轴为时间。
[0164]
图12是在光检测元件10以第1模式动作的情况下发生了异常的情况的例子。作为异常的一例，表示照射到第1铁磁性层1的光信号l1的一部分的强度异常增强的情况。异常不限于光的强度过度的情况，例如也可以是使用温度的变化、施加的外部磁场的强度变化等。当使用温度、外部磁场变化时，磁化m1的稳定性也变化。
[0165]
在光检测元件10以第1模式正常动作的情况下，光检测元件10的z方向的电阻值在第1电阻值r1与第2电阻值r2之间变化。另一方面，如果对第1铁磁性层1照射过度的光，则存在磁化m1从初始状态大幅倾斜，磁化m1反转的情况。在该情况下，第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2成为反平行，电阻值成为第3电阻值r3(与第2模式的第1电阻值r1’相同)。第3电阻值r3比第1电阻值r1、第2电阻值r2大，检测到异常。
[0166]
在光检测元件10发生了异常的情况下，施加上述的复位电流。通过施加复位电流，第1铁磁性层1的磁化m1返回正确的方向，能够再次正常地使用光检测元件10。在此，以第1机理进行了说明，但在第2机理中同样的原理也成立。在第2机理的情况下，如果对第1铁磁性层1照射过度的光，则有时磁化m1从初始状态大幅减少，磁化m1反转。
[0167]
如上所述，第1实施方式的发送接收装置300、接收装置100基于来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的电阻值)接收光信号。另外，第1实施方式的光检测元件10能够将光信号l1的强度的变化转换为来自光检测元件10的输出电压的变化(光检测元件10的z方向的电阻值的变化)，能够应对高速通信。
[0168]
另外，如上所述，第1铁磁性层1的体积越小，第1铁磁性层1的磁化m1越容易倾斜。换言之，如果减小第1铁磁性层1的体积，则即使是微小光量的光也能够使磁化m1倾斜。即，第1实施方式的光检测元件10能够高灵敏度地接收光信号l1。
[0169]
更准确而言，磁化m1的倾斜容易度由第1铁磁性层1的磁各向异性(ku)与体积(v)之积(kuv)的大小决定，kuv越小则越用较微小的光量使磁化倾斜，kuv越大则越是不用较大的光量就不能使磁化倾斜。即，根据在应用中使用的从外部照射的光的光量，设计第1铁磁性层1的kuv。在设想了极微量的超微小的光量、光子检测那样的情况下，通过减小第1铁磁性层的kuv，能够进行这些微小的光量的光的检测。这样的微小光量的光的检测在现有技术的光检测元件中无法实现，是大的优点。即，为了减小kuv，通过减小第1铁磁性层1的体积，即减小元件面积，或减薄第1铁磁性层1的膜厚，也能够进行光子检测。
[0170]
另外，第1实施方式的光检测元件10能够与照射的光的波长范围无关地接收光信号l1。在使用pn结的半导体光电检测器中，适当的半导体材料根据照射光的波长而不同。例如，在波长为1.3μm以上且1.5μm以下的近红外光的检测中使用ingaas等。另外，例如，在波长为400nm以上800nm以下的可见光的检测中使用硅。
[0171]
图13是表示在照射的光的波长为1.5μm(近红外光)的情况下，第1实施方式的光检测元件10(实施例)的灵敏度的模拟结果、和表示使用了现有技术的ingaas的半导体光电二极管(比较例1)的特性水平的曲线(多个公知例的灵敏度数据的逼近曲线)的图。另外，图14是表示在照射的光的波长为520nm(可见光)的情况下，第1实施方式的光检测元件10(实施例)的灵敏度的模拟结果、和表示现有技术的使用了硅的半导体光电二极管(比较例2)的特性水平的曲线(多个公知例的灵敏度数据的逼近曲线)的图。
[0172]
实施例的模拟的条件如下设定。光检测元件10的平面形状为正方形，其一边的长度为200nm，面积电阻(ra)为5ωμm2，磁阻变化率(mr变化率)为65％。第2铁磁性层2(磁化固定层)为厚度2nm的包含cofeb的合金层，间隔层3为mgo，第1铁磁性层1为厚度1.2nm的包含cofeb的合金层。另外，照射到光检测元件10的光的光斑直径为900nmφ。曲线图的纵轴的灵敏度是相对于单位光照射量的输出电流量。在实施例中，将作为第1电极15与第2电极16之间的电位差的输出电压除以光检测元件10的最低电阻值(在第1机理的情况下，磁化m1与磁化m2为平行状态的电阻值)来换算输出电流量。
[0173]
如果考虑实用上的制约(光信号的强度、与周边电路的匹配)，则要求0.5a/w以上的灵敏度的情况较多。如图13所示，即使是使用了适于近红外光的ingaas的比较例1，也无法高灵敏度地接收超过40ghz的高速的光信号。与此相对，实施例的光检测元件10即使是超过100ghz的高速信号也能够灵敏度良好地接收。另外，如图14所示，即使是使用了适于可见光的硅的比较例2，也只能灵敏度良好地接收小于3ghz的光信号，无法应对高速信号。与此相对，实施例的光检测元件10与近红外的情况同样地，即使是超过100ghz的高速信号也能够灵敏度良好地接收。
[0174]
即，第1实施方式的光检测元件10能够与可见光、近红外光无关地高灵敏度地接收
高速的光信号。在此，表示了可见光、近红外光的例子，但不限于该例子，例如，对于波长为200nm以上且小于400nm的紫外光，光检测元件10也同样能够高速响应。
[0175]
以上，参照附图对第1实施方式进行了详述，但第1实施方式并不限定于该例。
[0176]
(第1变形例)
[0177]
图15是第1变形例的发送接收装置301的电路图。第1变形例的发送接收装置301在接收装置101具有模拟数字转换器ad这一点上与发送接收装置300不同。对与图3相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
[0178]
模拟数字转换器ad位于第1电极15与输出端子p
out
之间。模拟数字转换器ad将来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)转换为数字数据。即，第1变形例的发送接收装置301不易受到噪声等的影响。第1变形例的发送接收装置301在光检测元件10输出多值的情况下，能够特别优选地使用。
[0179]
(第2变形例)
[0180]
图16是用沿着z方向的面剖切第2变形例的光检测元件及其周边的截面图。图17是用通过第1铁磁性层1的xy平面剖切第2变形例的光检测元件及其周边的截面图。第2变形例的接收装置还包括对第1铁磁性层1施加偏置磁场的硬偏置层40。对与图5相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
[0181]
从与z方向正交的任一方向观察，硬偏置层40位于与第1铁磁性层1重叠的位置。在硬偏置层40与第1铁磁性层1之间具有侧壁绝缘层9。如图17所示，硬偏置层40例如包围第1铁磁性层1的周围。硬偏置层40例如也可以以在xy面内的任一方向上夹着第1铁磁性层1的方式存在多个。
[0182]
硬偏置层40是硬磁性体。硬偏置层40例如是copt合金、coptcr合金、fept合金、co层和pt层交替层叠而成的层叠膜。硬偏置层40的膜厚例如为2nm以上且30nm以下。硬偏置层40的xy面内的最短宽度例如为10nm以上且500nm以下。
[0183]
硬偏置层40在与第1铁磁性层1相同的方向上具有易磁化轴。硬偏置层40的磁化m40的磁化方向与未照射光的状态下的第1铁磁性层1的磁化m1的磁化方向相反。硬偏置层40可以是面内磁化膜或垂直磁化膜。
[0184]
从硬偏置层40产生的漏磁场作为施加于第1铁磁性层1的偏置磁场作用于磁化m1，在上述的第1模式的情况下，在初始状态下磁化m1与磁化m2平行，在上述的第2模式的情况下，在初始状态下磁化m1与磁化m2反平行。另外，从硬偏置层40产生的漏磁场防止第1铁磁性层1的磁化m1在动作时反转。即，通过从硬偏置层40产生的漏磁场向第1铁磁性层1的施加，产生向第1铁磁性层1的磁化m1的偏置施加效果。
[0185]
(第3变形例)
[0186]
图18是用沿着z方向的面剖切第3变形例的光检测元件的截面图。第3变形例的光检测元件还包括配线层50。对与图5相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
[0187]
配线层50位于第1电极15与第1铁磁性层1之间。配线层50在xy面内的任一方向上延伸。
[0188]
当电流沿着配线层50流动时，由于自旋霍尔效应而产生自旋流，向第1铁磁性层1注入自旋。注入到第1铁磁性层1的自旋对第1铁磁性层1的磁化m1施加自旋轨道力矩(sot)。
[0189]
配线层50例如包含非磁性的重金属作为主元素。主元素是指构成配线层50的元素
中比例最高的元素。配线层50例如包含具有钇(y)以上的比重的重金属。非磁性的重金属的原子序数39以上的原子序数大，在最外壳具有d电子或f电子，所以强烈地产生自旋轨道相互作用。配线层50例如包含选自pt、w、ta、au、hf、mo中的任一种。特别是pt、w、ta等是更优选的元素。为了增大自旋轨道相互作用效果，w、ta优选使用β相的晶体结构。配线层50的膜厚优选为1～10nm，更优选为1～5nm。
[0190]
通过使电流流过配线层50，从配线层50向第1铁磁性层1注入自旋，产生对第1铁磁性层1的磁化m1的偏置施加效果。通过使流过配线层50的电流的方向变化，能够使从配线层50向第1铁磁性层1注入的自旋的方向变化，能够使初始状态下的第1铁磁性层1的磁化m1的方向(磁化m1的磁化稳定方向)变化。通过从配线层50向第1铁磁性层1注入的自旋的朝向，能够进行控制以使得在上述的第1模式的情况下在初始状态下磁化m1与磁化m2成为平行，在上述的第2模式的情况下在初始状态下磁化m1与磁化m2成为反平行。另外，从配线层50向第1铁磁性层1注入的自旋防止第1铁磁性层1的磁化m1在动作时反转。从配线层50向第1铁磁性层1注入的自旋的方向能够根据沿着配线层50流动的电流的方向而自由地控制。
[0191]
(第4变形例)
[0192]
图19是用沿着z方向的面剖切第4变形例的接收装置102的截面图。图20是第4变形例的接收装置102的从z方向观察的俯视图。第4变形例的接收装置102还包括软磁性体60。对与图4相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
[0193]
软磁性体60是磁屏蔽件。在从z方向俯视时，软磁性体60从外侧覆盖光检测元件10的外周的至少一部分。从xy面内的任一方向观察，软磁性体60与第1铁磁性层1的至少一部分重叠。软磁性体60例如在从光检测元件的z方向俯视时覆盖光检测元件10的外周的整体。从xy面内的任一方向观察，软磁性体60与第1铁磁性层1的外周的z方向的全部重叠。
[0194]
软磁性体60例如是包含fe、ni和co中的至少1种的金属或合金。软磁性体60例如是nife合金。软磁性体60也可以是具有绝缘性的磁性体。软磁性体60例如是铁氧体等陶瓷。软磁性体60例如是稀土类铁石榴石(rig)。钇铁石榴石(yig)是稀土类铁石榴石(rig)的一例。
[0195]
软磁性体60能够抑制外部磁场施加于第1铁磁性层1，抑制第1铁磁性层1显示出非预期的行为。
[0196]
(第5变形例)
[0197]
图21是用沿着z方向的面剖切第5变形例的接收装置103的截面图。图22是第5变形例的接收装置103的从z方向观察的俯视图。第5变形例的接收装置103还包括软磁性体61。对与图4相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
[0198]
软磁性体61是磁屏蔽件。软磁性体61也位于光检测元件10的上方和下方，这一点与软磁性体60不同。软磁性体61除了开口62以外包围光检测元件10的周围。软磁性体61能够使用与软磁性体60相同的材料。
[0199]
软磁性体61在作为向光检测元件10的光的入射侧的上方具有开口62。开口62形成在位于光检测元件10的上方和下方的软磁性体61中的第1铁磁性层1侧。在开口62具有与软磁性体61连接的网状的磁性网63。磁性网63包含磁性体，例如包含与软磁性体61相同的材料。
[0200]
与第1电极15和第2电极16连接的配线隔着绝缘层64与设置于软磁性体61的外部的外部触点连接。
[0201]
通过在光检测元件10的上方和下方也设置软磁性体61，磁屏蔽效果进一步提高。另外，通过在软磁性体61设置开口62，能够向第1铁磁性层1高效地照射具有光信号l1的光。并且，通过在开口62设置磁性网63，能够抑制来自开口62的外部磁场的侵入。
[0202]
(第6变形例)
[0203]
图23是第6变形例的接收装置104的截面图。对与图4相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
[0204]
第6变形例的接收装置104在基板sb上形成有光检测元件10。在第6变形例的接收装置104中，集成电路20可以形成于基板sb的未形成光检测元件10的周边部，也可以形成于基板外。集成电路20经由配线与光检测元件10连接。
[0205]
[第2实施方式]
[0206]
第2实施方式的接收装置的光检测元件的动作与第1实施方式的接收装置100不同。第2实施方式的接收装置的元件结构与第1实施方式的接收装置相同。
[0207]
图24是用于说明第2实施方式的接收装置的动作的图。第2实施方式的接收装置将来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)在规定时间内变化的情况作为第1信号(例如“1”)，将来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)在规定时间内不变化的情况作为第2信号(例如“0”)进行处理。规定时间由光信号的调制频率决定。
[0208]
以下，基于图24所示的例子，具体说明第2实施方式的接收装置的动作。首先，规定照射到光检测元件10的光信号。关于光信号，将照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度的情况设为“1”，将照射到第1铁磁性层1的光的强度在规定时间内维持为第1强度的情况设为“0”。从第1强度变化为第2强度的光的强度在经过一定时间后返回到第1强度。
[0209]
光信号照射到光检测元件10的第1铁磁性层1。当照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度时，第1铁磁性层1的磁化m1反转。此外，在照射到第1铁磁性层1的光的强度从第2强度返回第1强度的情况下，第1铁磁性层1的磁化m1不反转。如果照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度，则光检测元件的z方向的电阻值从低电阻rl变化为高电阻rh或从高电阻rh变化为低电阻rl。即，如果照射到第1铁磁性层1的光的强度从第1强度变化为第2强度，则不论第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2是平行还是反平行，不论在哪种情况下，光检测元件10的电阻值、即来自光检测元件10的输出电压都变化。即，在作为光信号输入了“1”的信息时，来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的电阻值)变化。通过将来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)在规定时间内变化的情况设为“1”，第2实施方式的接收装置能够基于来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的电阻值)将“1”的光信号作为“1”的信号接收。
[0210]
与此相对，在光不照射到光检测元件10的第1铁磁性层1或者照射的光的强度小的情况下，第1铁磁性层1的磁化m1维持该状态。因此，在照射到第1铁磁性层1的光的强度在规定时间的期间内维持为第1强度的情况下，光检测元件10的z方向的电阻值、即来自光检测元件10的输出电压不变化。即，在作为光信号输入了“0”的信息时，来自光检测元件10的输出电压(光检测元件的电阻值)不变化。通过将来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的z方向的电阻值)在规定时间内不变化的情况设为“0”，第2实施方式的接收装置能够基
于来自光检测元件10的输出电压(光检测元件10的电阻值)将“0”的光信号作为“0”的信号接收。
[0211]
如上所述，第2实施方式的接收装置能够接收光信号作为规定时间内的来自光检测元件10的输出电压变化(光检测元件的z方向的电阻值变化)的有无。另外，第2实施方式的光检测元件检测第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2平行的情况和反平行的情况之间的电阻变化，输出的电压的变化量大。
[0212]
此外，在第2实施方式中，在光检测元件中流动的感测电流的方向可以是从第1铁磁性层1朝向第2铁磁性层2的方向，也可以是从第2铁磁性层2朝向第1铁磁性层1的方向。在第3实施方式中，优选感测电流的值较小，以使得感测电流的自旋转移力矩不太大。另外，在第2实施方式中，无论第1铁磁性层1的磁化m1与第2铁磁性层2的磁化m2平行的状态是初始状态还是反平行的状态是初始状态，所以也可以不施加复位电流。
[0213]
以上，参照附图对第2实施方式进行了详述，但第2实施方式并不限定于该例。例如，能够应用第1实施方式所示的第1变形例、第4变形例、第5变形例、第6变形例等。
[0214]
另外，至此，以第1实施方式、第2实施方式为例，表示了将发送接收装置应用于图1所示的通信系统1000的例子，但通信系统不限于该情况。
[0215]
例如，图25是通信系统的另一示例的概念图。图25所示的通信系统1001是2个便携终端装置500之间的通信。便携终端装置500例如是智能手机、平板电脑等。
[0216]
便携终端装置500分别包括接收装置100和发送装置200。由另一个便携终端装置500的接收装置100接收从一个便携终端装置500的发送装置200发送的光信号。在便携终端装置500间的发送接收中使用的光例如是可见光。作为各个接收装置100的光检测元件10，应用第1实施方式、第2实施方式的光检测元件中的任一个。
[0217]
此外，例如，图26是通信系统的另一示例的概念图。图26所示的通信系统1002是便携终端装置500与信息处理装置600之间的通信。信息处理装置600例如是个人计算机。
[0218]
便携终端装置500包括发送装置200，信息处理装置600包括接收装置100。从便携终端装置500的发送装置200发送的光信号由信息处理装置600的接收装置100接收。用于在便携终端装置500和信息处理装置600之间发送和接收的光例如是可见光。作为各个接收装置100的光检测元件10，应用第1实施方式至第3实施方式的光检测元件中的任一个。
[0219]
以上，本发明并不限定于上述的实施方式和变形例，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。