CN115882331A - 光学器件 - Google Patents

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福泽英明
水野友人
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Abstract

本发明的技术问题在于，提供一种新型光学器件。本发明的光学器件具备：磁性元件，其具备：第1铁磁性层、第2铁磁性层、和被所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层夹持的间隔层；和激光二极管，从所述激光二极管出射的光的至少一部分照射于所述磁性元件。

Description

光学器件
技术领域
本发明涉及光学器件。
背景技术
激光被用于各种领域。激光例如从激光二极管出射。激光二极管被封装销售。作为激光二极管的封装的一种，已知有罐式封装(can package)和蝶式封装(butterflypackage)。
例如，在专利文献1中，公开有激光二极管容纳于can封装的结构体。在can封装内，作为光检测元件，半导体光电二极管配置于激光二极管的背面，半导体光电二极管监控(monitor)从激光二极管输出的光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2005-516404公报
发明内容
发明所要解决的问题
半导体光电二极管被广泛用作光电转换元件。另一方面，为了包含光电转换元件的光学器件的更进一步的发展，谋取新的突破。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种新型光学器件。
用于解决问题的方式
为了解决所述问题，提供以下手段。
(1)第一方式的光学器件具备：磁性元件，其具备：第1铁磁性层、第2铁磁性层、和被所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层夹持的间隔层；和激光二极管，从所述激光二极管出射的光的至少一部分照射于所述磁性元件。
(2)在上述方式的光学器件中，也可以为，所述激光二极管具有：第1出射部和第2出射部，从所述第1出射部或所述第2出射部出射的光的至少一部分照射于所述磁性元件。
(3)也可以为，上述方式的光学器件还具备基板，所述磁性元件和所述激光二极管处在所述基板之上或上方。
(4)也可以为，上述方式的光学器件还具备基板和支撑体，所述基板与所述支撑体是不同的构件，所述激光二极管处在所述基板之上或上方，所述磁性元件处在所述支撑体之上或上方。
(5)也可以为，上述方式的光学器件还具备反射器，所述反射器将从所述激光二极管出射的光的至少一部分朝向所述磁性元件反射。
(6)也可以为，上述方式的光学器件，从与所述磁性元件的层叠方向交叉的方向，向所述磁性元件照射有来自所述激光二极管的光的至少一部分。
(7)也可以为，上述方式的光学器件，从所述磁性元件的层叠方向，向所述磁性元件照射有来自所述激光二极管的光的至少一部分。
发明的效果
上述方式的光学器件可以在光学器件的发展唤起新的突破。
附图说明
图1是包含第1实施方式的光学器件的封装的截面图。
图2是第1实施方式的光学器件的立体图。
图3是第1实施方式的光学器件的截面图。
图4是第1实施方式的光学器件的磁性元件附近的立体图。
图5是第1实施方式的磁性元件的截面图。
图6是用于说明第1实施方式的磁性元件的动作第1机制的图。
图7是用于说明第1实施方式的磁性元件的动作第2机制的图。
图8是用于说明第1实施方式的磁性元件的动作的另一例子的图。
图9是用于说明第1实施方式的磁性元件的动作的另一例子的图。
图10是第2实施方式的光学器件的特征部分的截面图。
图11是第2实施方式的光学器件的磁性元件附近的立体图。
图12是第3实施方式的光学器件的特征部分的截面图。
图13是第4实施方式的光学器件的立体图。
图14是第4实施方式的光学器件的截面图。
图15是第5实施方式的光学器件的特征部分的截面图。
图16是第6实施方式的光学器件的特征部分的截面图。
图17是第7实施方式的光学器件的特征部分的截面图。
图18是第6实施方式的光学器件的磁性元件附近的立体图。
附图标记的说明
10…基板；11…缓冲层；20…激光二极管；21…n型包层；22…活性层；23…p型包层；24…第1出射部；25…第2出射部；30…磁性元件；31…第1铁磁性层；32…第2铁磁性层；33…间隔层；41、42、51、52、81、82…电极；43、44、83、84…通孔配线；45、85…第1端子；46、86…第2端子；48、61…绝缘层；49…倾斜部；60…反射器；70、80…支撑体；100、101、102、103、104、105、106…光学器件；110…盖(cap)；120…底座(steam)；130…玻璃罩(coverglass)；140…粘接部；150…引线；200…封装；L1、L2…光
具体实施方式
以下，适当地参照附图，对实施方式进行详细地说明。以下的说明中使用的附图，为了使特征容易理解，有时会为了方便而将特征的部分放大表示，并且存在各构成要素的尺寸比例等与实际不同的情况。以下的说明中例示的材料、尺寸等只是一个例子，本发明并不限定于此，能够在能够获得本发明的效果的范围内适当地变更并实施。
对方向进行定义。将基板10(参照图2)扩展的面内的一个方向设为x方向，并将与x方向正交的面内的方向设为y方向。例如，将连接激光二极管20与磁性元件30的方向设为x方向。将与基板10正交的方向(与x方向和y方向正交的方向)设为z方向。以下，有时将+z方向表示为“上”，并将-z方向表示为“下”。上下并非一定与施加有重力的方向一致。
(第1实施方式)
图1是包含第1实施方式的光学器件100的封装200的截面图。图1所示的封装200为can封装。封装200并不限定于can封装，例如也可以为蝶式封装。
封装200具备：光学器件100、盖(cap)110、底座(stem)120、玻璃罩(cover glass)130、粘接部140和引线150。光学器件100安装在底座120，被盖110包围。盖110具有开口。盖110的开口被玻璃罩130覆盖。玻璃罩130例如经由粘接部140与盖110连接。粘接部140例如是低熔点玻璃。引线150承担与外部的电连接。引线150与光学器件100电连接。
图2是第1实施方式的光学器件100的立体图。图3是第1实施方式的光学器件100的截面图。光学器件100具有：基板10、激光二极管20和磁性元件30。激光二极管20具有：第1出射部24和第2出射部25，从第1出射部24出射光L1，从第2出射部25出射光L2。从激光二极管20出射的光L1、L2的至少一部分(光L2的至少一部分)照射于磁性元件30。光L1例如通过玻璃罩130出射至外部。
基板10例如是半导体基板、蓝宝石基板等。半导体基板例如是Si基板、GaN基板、SiC基板。激光二极管20和磁性元件30处在基板10之上或基板10的上方。
在基板10的上表面，也可以具有缓冲(buffer)层11。缓冲层11例如为n型的半导体。缓冲层11例如为n型的GaN。缓冲层11也可以在基板10的上表面整个面形成，也可以仅处于与激光二极管20重叠的位置。
激光二极管20具有：n型包层21、活性层22和p型包层23。活性层22被n型包层21与p型包层23夹持。
n型包层21、活性层22和p型包层23分别能够使用公知的材料。n型包层21例如为n型的半导体。n型包层21例如为n型的AlGaN与GaN的层叠膜，或者n型的InP。活性层22例如为InGaN量子阱层(MQW)或InGaAsP。p型包层23例如为p型的半导体。p型包层23例如为p型的AlGaN与GaN的层叠膜，或者p型的InP。
激光二极管20能够以公知的方法制作。激光二极管20例如通过各层的层叠工序、加工工序来制作。例如，激光二极管20在基板10上隔着缓冲层11等通过真空成膜工艺形成。
激光二极管20被电极51与电极52夹持。电极51例如处在基板10与缓冲层11之间。当在电极51与电极52之间施加电压时，电子从n型包层21向活性层22流入，空穴从p型包层23向活性层22流入。通过这些电子与空穴在活性层22内再结合，激光二极管20发光。光被束缚在活性层22内，在活性层22内一边被放大一边往复，并从第1出射部24和第2出射部25被激发并放出。从第1出射部24出射的光L1的一部分出射至外部。从第2出射部25出射的光L2的一部分照射于磁性元件30。第1出射部24、第2出射部25是活性层22的x方向的端部。
磁性元件30与激光二极管20处在同一个基板10上。磁性元件30和激光二极管20被组装在一个物品中。激光二极管20和磁性元件30处在基板10之上或基板10的上方。
磁性元件30处在照射有从激光二极管20出射的光L1、L2的至少一部分(光L2的至少一部分)的位置。磁性元件30的z方向的高度位置例如与第2出射部25的z方向的高度位置一致。磁性元件30例如处在激光二极管20的第2出射部25的前方(从第2出射部25出射的光L2的行进方向前方)。从激光二极管20出射的光L1、L2的至少一部分(光L2的至少一部分)从与磁性元件30的层叠方向(在图2中为z方向)交叉的方向向磁性元件30照射。
照射于磁性元件30的光L2并不限定于可见光线，也可以为波长比可见光线长的红外线、波长比可见光线短的紫外线。可见光线的波长例如为380nm以上且小于800nm。红外线的波长例如为800nm以上且1mm以下。紫外线的波长例如为200nm以上且小于380nm。照射于磁性元件30的光L2例如是包含高频的光信号并且强度变化的光。高频的光信号例如为具有100MHz以上的频率的信号。
图4是第1实施方式的光学器件100的磁性元件30的附近的立体图。磁性元件30例如与电极41、42；通孔配线43、44；第1端子45；以及第2端子46电连接。磁性元件30的周围被绝缘层48覆盖。
电极41与磁性元件30的第1面连接。电极42与磁性元件30的第2面连接。第1面与第2面在磁性元件30的层叠方向上彼此相对。
电极41、42包含具有导电性的材料。电极41、42例如由Cu、Al、Au或Ru等金属构成。也可以在这些金属的上下层叠Ta、Ti。此外，作为电极41、42，也可以使用Cu与Ta的层叠膜；Ta、Cu和Ti的层叠膜；Ta、Cu与TaN的层叠膜。此外，作为电极41、42，也可以使用TiN、TaN。
电极41、42也可以相对于照射于磁性元件30的光的波段具有透过性。例如，电极41、42也可以为包含氧化铟锡(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。此外，电极41、42也可以设成在这些透明电极材料中具有多个柱状金属的结构。
通孔配线43连接第1端子45与电极41或电极42。第1端子45例如有2个。在第1端子45中的一个输入有电流或电压，第1端子45中的另一个与基准电位连接。第1端子45例如在绝缘层48的上表面露出。
通孔配线44连接第2端子46与电极41或电极42。第2端子46例如有2个。从第2端子46中的一个输出有信号，第2端子46中的另一个与基准电位连接。第2端子46例如在绝缘层48的上表面露出。
通孔配线43、44、第1端子45和第2端子46包含具有导电性的材料。作为通孔配线43、44、第1端子45和第2端子46的材料，能够使用与作为电极41、42的例子而列举的相同的材料。
绝缘层48是层间绝缘层。绝缘层48例如是Si、Al、Mg的氧化物、氮化物、氮氧化物。绝缘层48例如是氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、碳化硅(SiC)、氮化铬、氮碳化硅(SiCN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrOx)等。
当照射于磁性元件30的光L2的状态变化时，根据光L2的状态的变化，从磁性元件30输出的电压(电极41与电极42之间的电位差)变化。
图5是第1实施方式的磁性元件30的截面图。磁性元件30例如具有：第1铁磁性层31、第2铁磁性层32和间隔层33。第1铁磁性层31与电极41连接，第2铁磁性层32与电极42连接。间隔层33位于第1铁磁性层31与第2铁磁性层32之间。磁性元件30也可以具有除这些层以外的其它层。在磁性元件30，例如，照射有来自x方向的光L2。
磁性元件30是例如间隔层33由绝缘材料构成的MTJ(Magnetic Tunnel Junction)元件。在这种情况下，磁性元件30是根据第1铁磁性层31的磁化的状态与第2铁磁性层32的磁化的状态的相对的变化而层叠方向的电阻值(电流沿层叠方向流动的情况下的电阻值)变化的元件。这样的元件也被称为磁阻效应元件。
第1铁磁性层31是当从外部照射有光时磁化的状态变化的光检测层。第1铁磁性层31也被称为磁化自由层。磁化自由层是包含在施加有来自规定的外部的能量时磁化的状态变化的磁性体的层。来自规定的外部的能量例如是从外部照射的光、沿磁性元件30的层叠方向流动的电流、外部磁场。第1铁磁性层31的磁化根据照射于第1铁磁性层31的光L2的强度，状态发生变化。
第1铁磁性层31包含铁磁性体。在本说明书中，铁磁性包含亚铁磁性(ferrimagnetisms)。第1铁磁性层31例如至少包含Co、Fe或Ni等磁性元素中的任意磁性元素。第1铁磁性层31也可以包含如上述那样的磁性元素并且包含B、Mg、Hf、Gd等非磁性元素。第1铁磁性层31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31也可以由多个层构成。第1铁磁性层31例如是CoFeB合金、以Fe层夹持CoFeB合金层的层叠体、以CoFe层夹持CoFeB合金层的层叠体。
第1铁磁性层31也可以是在膜面内方向上具有易磁化轴的面内磁化膜，也可以是在膜面垂直方向(磁性元件30的层叠方向)具有易磁化轴的垂直磁化膜。
第1铁磁性层31的膜厚例如为1nm以上且5nm以下。第1铁磁性层31的膜厚例如优选为1nm以上且2nm以下。在第1铁磁性层31为垂直磁化膜的情况下，如果第1铁磁性层31的膜厚薄，则来自处于第1铁磁性层31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31的垂直磁各向异性提高。即，如果第1铁磁性层31的垂直磁各向异性高，则磁化要返回至膜面垂直方向的力增强。另一方面，如果第1铁磁性层31的膜厚厚，则来自处于第1铁磁性层31的上下的层的垂直磁各向异性施加效果相对较弱，则第1铁磁性层31的垂直磁各向异性减弱。
当第1铁磁性层31的膜厚变薄时，作为铁磁性体的体积变小，当变厚时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31的磁化的易反应性，与第1铁磁性层31的磁各向异性(Ku)和体积(V)的积(KuV)成反比。即，当第1铁磁性层31的磁各向异性与体积的积变小时，对光的反应性高。从这样的观点出发，为了提高对光的反应，优选为，在适当地设计了第1铁磁性层31的磁各向异性的基础上，减小第1铁磁性层31的体积。
在第1铁磁性层31的膜厚比2nm厚的情况下，例如，也可以在第1铁磁性层31内设置由Mo、W构成的插入层。即，也可以将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31。通过插入层与铁磁性层的界面的界面磁各向异性，第1铁磁性层31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。
第2铁磁性层32是磁化固定层。磁化固定层是在施加有来自规定的外部的能量时磁化的状态与磁化自由层相比更不易变化的磁性体构成的层。例如，磁化固定层在施加有来自规定的外部的能量时磁化的方向与磁化自由层相比更不易变化。此外，例如，磁化固定层在施加有来自规定的外部的能量时磁化的大小与磁化自由层相比更不易变化。例如，第2铁磁性层32的顽磁力比第1铁磁性层31的顽磁力大。例如，第2铁磁性层32在与第1铁磁性层31相同的方向上具有易磁化轴。第2铁磁性层32也可以为面内磁化膜，也可以为垂直磁化膜。
构成第2铁磁性层32的材料，例如与第1铁磁性层31相同。第2铁磁性层32例如也可以为依次层叠有0.4nm以上且1.0nm以下的厚度的Co、0.1nm以上且0.5nm以下的厚度的Mo、0.3nm以上且1.0nm以下的厚度的CoFeB合金、0.3nm以上且1.0nm以下的厚度的Fe的层叠体。
第2铁磁性层32的磁化，例如，也可以通过经由磁耦合层的、与第3铁磁性层的磁耦合而固定。在这种情况下，有时将组合了第2铁磁性层32、磁耦合层和第3铁磁性层的层称为磁化固定层。
第3铁磁性层例如与第2铁磁性层32磁耦合。磁耦合例如为反铁磁性的耦合，通过RKKY相互作用而产生。构成第3铁磁性层的材料例如与第1铁磁性层31相同。磁耦合层例如为Ru、Ir等。
间隔层33是配置在第1铁磁性层31与第2铁磁性层32之间的非磁性层。间隔层33通过由导电体、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而构成。间隔层33的膜厚能够根据后述的初始状态的第1铁磁性层31的磁化与第2铁磁性层32的磁化的取向方向来调整。
例如，在间隔层33由绝缘体构成的情况下，磁性元件30具有由第1铁磁性层31、间隔层33和第2铁磁性层32构成的磁隧道结(MTJ：Magnetic Tunnel Junction)。这样的元件被称为MTJ元件。在这种情况下，磁性元件30能够表现出隧道磁阻(TMR：TunnelMagnetoresistance)效应。例如，在间隔层33由金属构成的情况下，磁性元件30能够表现出巨磁阻(GMR：Giant Magnetoresistance)效应。这样的元件被称为GMR元件。磁性元件30根据间隔层33的构成材料，存在MTJ元件、GMR元件等称呼名称不同的情况，但还是总称为磁阻效应元件。
在间隔层33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作为间隔层33。此外，也可以在这些绝缘材料中含Al、B、Si、Mg等元素或Co、Fe、Ni等磁性元素。通过以在第1铁磁性层31与第2铁磁性层32之间表现出高的TMR效应的方式来调整间隔层33的膜厚，能够获得高的磁阻变化率。为了高效地利用TMR效应，间隔层33的膜厚也可以为0.5以上且5.0nm以下，也可以为1.0以上且2.5nm以下。
在由非磁性导电材料构成间隔层33的情况下，能够使用Cu、Ag、Au或Ru等导电材料。为了高效地利用GMR效应，间隔层33的膜厚也可以为0.5以上且5.0nm以下，也可以为2.0以上且3.0nm以下。
在由非磁性半导体材料构成间隔层33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。在这种情况下，间隔层33的膜厚也可以为1.0以上且4.0nm以下。
在将包含由非磁性绝缘体中的导体构成的通电点的层应用为间隔层33的情况下，也可以设为：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。此外，也可以由Co、Fe、Ni等磁性元素构成导体。在这种情况下，间隔层33的膜厚也可以为1.0以上且2.5nm以下。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。
磁性元件30除此之外还可以具有：基底层、盖层、垂直磁化感应层等。基底层处在第2铁磁性层32的下侧。基底层是种子(seed)层或缓冲层。种子层提高层叠于种子层上的层的结晶性。种子层例如为Pt、Ru、Hf、Zr、NiFeCr。种子层的膜厚例如为1nm以上且5nm以下。缓冲层是缓和不同的晶体间的格子不匹配的层。缓冲层例如是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。
盖层处在第1铁磁性层31的上侧。盖层在工艺(process)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。盖层的膜厚例如为3nm以下。盖层例如为MgO、W、Mo、Ru、Ta、Cu、Cr或它们的层叠膜等。
垂直磁化感应层在第1铁磁性层31为垂直磁化膜的情况下形成。垂直磁化感应层层叠于第1铁磁性层31上。垂直磁化感应层感应第1铁磁性层31的垂直磁各向异性。垂直磁化感应层，例如为氧化镁、W、Ta、Mo等。在垂直磁化感应层为氧化镁的情况下，为了提高导电性，优选为，氧化镁缺氧。垂直磁化感应层的膜厚例如为0.5nm以上且2.0nm以下。
磁性元件30例如通过各层的层叠工序、退火工序、加工工序来制作。各层例如通过溅射成膜。退火例如在250℃以上且450℃以下进行。层叠膜的加工例如使用光刻和蚀刻进行。层叠膜成为柱状的磁性元件30。磁性元件30也可以是圆柱，也可以是棱柱。例如，从层叠方向观察磁性元件30时的最短宽度，也可以为10nm以上且2000nm以下，也可以为30nm以上且500nm以下。通过上述工序，能够获得磁性元件30。
磁性元件30能够不依赖于构成基底的材料地制作。因此，磁性元件30能够不经由粘接层等而在基板10上直接制作。例如，磁性元件30在基板10上隔着绝缘层48等通过真空成膜工艺形成。
接着，对磁性元件30的动作的几个例子进行说明。在第1铁磁性层31照射有光L2。磁性元件30检测光L2的强度变化。来自磁性元件30的输出电压根据照射于第1铁磁性层31的光L2的强度变化而发生变化。来自磁性元件30的输出电压根据光的照射而发生变化的严密的机制尚未明确，例如，考虑以下的2个机制。
图6是用于说明第1实施方式的磁性元件30的动作的第1机制的图。图6的上方的曲线图中，纵轴是照射于第1铁磁性层31的光L2的强度，横轴是时间。图6的下方的曲线图中，纵轴是磁性元件30的层叠方向的电阻值，横轴是时间。
首先，在第1铁磁性层31照射有第1强度的光的状态(以下，称为初始状态)下，第1铁磁性层31的磁化M31与第2铁磁性层32的磁化M32处于平行的关系，磁性元件30的层叠方向的电阻值表示第1电阻值R1，来自磁性元件30的输出电压的大小表示第一值。第1强度也可以是照射于第1铁磁性层31的光的强度为零的情况。
磁性元件30的层叠方向的电阻值，例如，当使感测(sense)电流Is沿磁性元件30的层叠方向流动时，在磁性元件30的两端产生电压，根据其电压值使用欧姆定律进行求取。来自磁性元件30的输出电压产生在电极41与电极42之间。在图6所示的例子的情况下，优选为，使感测电流Is从第1铁磁性层31朝向第2铁磁性层32流动。通过使感测电流Is沿该方向流动，对第1铁磁性层31的磁化M31，作用有与第2铁磁性层32的磁化M32相同方向的自旋转移转矩，在初始状态下，磁化M31与磁化M32平行。此外，通过使感测电流Is沿该方向流动，能够防止第1铁磁性层31的磁化M31在动作时反转。
接着，照射于第1铁磁性层31的光L2的强度发生变化。通过由光L2的照射引起的来自外部的能量，第1铁磁性层31的磁化M31从初始状态发生倾斜。未对第1铁磁性层31照射光的状态下的第1铁磁性层31的磁化M31的方向与照射有光的状态下的磁化M31的方向的角度，均大于0°且小于90°。
当第1铁磁性层31的磁化M31从初始状态发生倾斜时，磁性元件30的层叠方向的电阻值发生变化。而且，来自磁性元件30的输出电压发生变化。例如，照射于磁性元件30的光L2的强度越大，则磁化M31的相对于初始状态的倾斜越大。例如，根据第1铁磁性层31的磁化M31的倾斜度，磁性元件30的层叠方向的电阻值变成第2电阻值R2、第3电阻值R3、第4电阻值R4。以第1电阻值R1、第2电阻值R2、第3电阻值R3、第4电阻值R4的顺序，电阻值变大。即，根据第1铁磁性层31的磁化M31的倾斜度，来自磁性元件30的输出电压从第1电压值向第2电压值、第3电压值、第4电压值变化。以第1电压值、第2电压值、第3电压值、第4电压值的顺序，输出电压变大。
磁性元件30，在照射于磁性元件30的光L2的强度发生变化时，来自磁性元件30的输出电压(磁性元件30的层叠方向的电阻值)发生变化。来自磁性元件30的输出电压与照射于第1铁磁性层31的光L2的强度的变化对应地发生变化。即，磁性元件30能够将照射的光L2的强度的变化转换为输出电压的变化。即，磁性元件30能够将接收的光转换为电信号。此处作为一个例子示出读出4值的情况，但能够通过来自磁性元件30的输出电压的阈值的设定来自由地设计读出的值的数量。此外，磁性元件30也可以将模拟值保持原样输出。
在第1铁磁性层31的磁化M31作用有与第2铁磁性层32的磁化M32相同方向的自旋转移转矩。因此，当照射于第1铁磁性层31的光L2的强度返回至第1强度时，从初始状态倾斜的磁化M31返回至初始状态。当磁化M31返回至初始状态时，磁性元件30的层叠方向的电阻值返回至第1电阻值R1。
此处以在初始状态下磁化M31与磁化M32平行的情况为例进行了说明，也可以为，在初始状态下磁化M31与磁化M32反向平行。在这种情况下，磁化M31越倾斜(磁化M31的从初始状态的角度变化越大)，则磁性元件30的层叠方向的电阻值越小。在以磁化M31与磁化M32反向平行的情况作为初始状态的情况下，优选为，感测电流Is从第2铁磁性层32朝向第1铁磁性层31流动。通过使感测电流Is沿该方向流动，对第1铁磁性层31的磁化M31，作用有与第2铁磁性层32的磁化M32为相反方向的自旋转移转矩，在初始状态下磁化M31与磁化M32成为反向平行。
图7是用于说明第1实施方式的磁性元件30的动作的第2机制的图。图7的上方的曲线图中，纵轴是照射于第1铁磁性层31的光L2的强度，横轴是时间。图7的下方的曲线图中，纵轴是磁性元件30的层叠方向的电阻值，横轴是时间。
图7所示的初始状态与图6所示的初始状态相同。在图7所示的例子的情况下，也优选为，使感测电流Is从第1铁磁性层31朝向第2铁磁性层32流动。通过使感测电流Is沿该方向流动，对第1铁磁性层31的磁化M31，作用有与第2铁磁性层32的磁化M32为相同方向的自旋转移转矩，维持初始状态。
接着，照射于第1铁磁性层31的光L2的强度发生变化。通过由光L2的照射引起的来自外部的能量，第1铁磁性层31的磁化M31的大小从初始状态变小。当第1铁磁性层31的磁化M31从初始状态变小时，磁性元件30的层叠方向的电阻值发生变化。而且，来自磁性元件30的输出电压发生变化。例如，照射于磁性元件30的光L2的强度越大，则磁化M31的大小越小。例如，根据第1铁磁性层31的磁化M31的大小，磁性元件30的层叠方向的电阻值变成第2电阻值R2、第3电阻值R3、第4电阻值R4。以第1电阻值R1、第2电阻值R2、第3电阻值R3、第4电阻值R4的顺序，电阻值变大。即，根据第1铁磁性层31的磁化M31的大小，来自磁性元件30的输出电压从第1电压值向第2电压值、第3电压值、第4电压值变化。以第1电压值、第2电压值、第3电压值、第4电压值的顺序，输出电压变大。
当照射于第1铁磁性层31的光的强度返回至第1强度时，第1铁磁性层31的磁化M31的大小复原，磁性元件30返回至初始状态。即，磁性元件30的层叠方向的电阻值返回至第1电阻值R1。
在图7中，也可以为，在初始状态下磁化M31与磁化M32反向平行。在这种情况下，磁化M31的大小越小，则磁性元件30的层叠方向的电阻值越小。在以磁化M31与磁化M32反向平行的情况作为初始状态的情况下，优选为，感测电流Is从第2铁磁性层32朝向第1铁磁性层31流动。
此外，在图6和图7中，例示了在初始状态下磁化M31与磁化M32平行或反向平行的情况，在初始状态下磁化M31与磁化M32也可以正交。例如，第1铁磁性层31是磁化M31沿膜面内方向取向的面内磁化膜，第2铁磁性层32是磁化M32沿膜面垂直方向取向的垂直磁化膜的情况，符合该情况。根据磁各向异性，磁化M31沿膜面内的任意的方向取向，磁化M32沿膜面垂直方向取向，从而在初始状态下磁化M31与磁化M32正交。
图8和图9是用于说明第1实施方式的磁性元件30的第1机制的动作例的另一例子的图。图8与图9中，施加于磁性元件30的感测电流Is的流向不同。图8使感测电流Is从第1铁磁性层31朝向第2铁磁性层32流动。图9使感测电流Is从第2铁磁性层32朝向第1铁磁性层31流动。
在图8及图9中的任意情况下，均通过感测电流Is在磁性元件30流动，来在初始状态下对磁化M31作用有自旋转移转矩。在图8的情况下，以磁化M31变为与第2铁磁性层32的磁化M32平行的方式，作用有自旋转移转矩。在图9的情况下，以磁化M31变为与第2铁磁性层32的磁化M32反向平行的方式，作用有自旋转移转矩。在图8及图9中的任意情况下，在初始状态下，对磁化M31的由磁各向异性的作用均大于自旋转移转矩的作用，因此，磁化M31朝向膜面内的任意方向。
当照射于第1铁磁性层31的光L2的强度变大时，通过由光L2的照射引起的来自外部的能量，第1铁磁性层31的磁化M31从初始状态发生倾斜。这是因为，施加于磁化M31的由光L2的照射的作用与由自旋转移转矩的作用的和，大于由磁化M31的磁各向异性的作用。当照射于第1铁磁性层31的光L2的强度变大时，图8的情况下的磁化M31以变为与第2铁磁性层32的磁化M32平行的方式倾斜，图9的情况下的磁化M31以变为与第2铁磁性层32的磁化M32反向平行的方式倾斜。由于作用于磁化M31的自旋转移转矩的方向不同，图8与图9中的磁化M31的倾斜方向不同。
当照射于第1铁磁性层31的光的强度变大时，在图8的情况下，磁性元件30的层叠方向的电阻值变小，在图9的情况下，磁性元件30的层叠方向的电阻值变大。即，当照射于第1铁磁性层31的光的强度变大时，在图8的情况下，来自磁性元件30的输出电压变小，在图9的情况下，磁性元件30的输出电压变大。
当照射于第1铁磁性层31的光L2的强度返回至第1强度时，根据对磁化M31的由磁各向异性的作用，第1铁磁性层31的磁化M31的状态复原。其结果是，磁性元件30返回至初始状态。
此处，列举并说明了第1铁磁性层31为面内磁化膜，第2铁磁性层32为垂直磁化膜的例子，但该关系也可以相反。即，也可以为，在初始状态下，磁化M31沿膜面垂直方向取向，磁化M32沿膜面内的任意方向取向。
如上述，磁性元件30接收光L2，并将接收的光L2转换为电信号。通过由磁性元件30将光L2转换为电信号，能够经由磁性元件30对从激光二极管20出射的光L1、L2的一部分(光L2)的强度变化进行监控。
从激光二极管20的第1出射部24出射的光L1的强度变化，对应于从第2出射部25出射的光L2的强度变化。通过由磁性元件30监控光L2的强度变化，能够监控向外部出射的光L1的强度变化。
此外，第1铁磁性层31的体积越小，第1铁磁性层31的磁化M31相对于光L2的照射越容易发生变化。即，第1铁磁性层31的体积越小，第1铁磁性层31的磁化M31越容易根据光L2的照射而状态发生变化。换言之，当减小第1铁磁性层31的体积时，即使微小的光量的光也能够使磁化M31变化。即，第1实施方式的磁性元件30能够高灵敏度地检测光。
更准确地说，磁化M31的变化容易程度取决于第1铁磁性层31的磁各向异性(Ku)与体积(V)的乘积(KuV)的大小。KuV越小，即使更微小的光量磁化M31也发生变化，KuV越大，如果不是更大的光量则磁化M31不发生变化。即，根据由应用程序求取的激光的光量，设计第1铁磁性层31的KuV。在假定如极微小的光量检测那样的情况下，通过减小第1铁磁性层31的KuV，能够检测这些微小的光量的光。由于在现有的pn结的半导体中如果减小元件尺寸则变得困难，因此，这样的微小的光量的光的检测是大的优点。通过减小第1铁磁性层31的体积，能够减小KuV。
此外，磁性元件30能够不依赖于构成基底的材料地制作。因此，能够在与支承激光二极管20的基板10相同的基板上制作。磁性元件30能够与激光二极管20一起通过基板10上的工艺形成。例如，激光二极管20和磁性元件30能够在同一基板10上，通过真空成膜工艺形成。通过将激光二极管20和磁性元件30作为形成于同一基板的一个部件对待，与使用需要作为不同部件对待的激光二极管与半导体光电二极管的情况相比较，部件个数少。
(第2实施方式)
图10是第2实施方式的光学器件101的特征部分的截面图。图11是第2实施方式的光学器件101的磁性元件30附近的立体图。在第2实施方式中，与第1实施方式同样的结构标注同样的附图标记，并省略说明。
光学器件101具有反射器60。反射器60将从激光二极管20出射的光的至少一部分(光L2的至少一部分)朝向磁性元件30反射。反射器60处在从激光二极管20的第2出射部25的光L2的行进方向的位置。反射器60的z方向的高度位置例如与激光二极管20的第2出射部25的z方向的高度位置相同。反射器60具有相对于光L2的行进方向倾斜的倾斜面。
反射器60反射光。反射器60例如是反射镜。反射器60的周围被绝缘层61覆盖。对绝缘层61，能够使用与绝缘层48同样的材料。
磁性元件30位于处在绝缘层61上的绝缘层48内。磁性元件30处在基板10的上方。磁性元件30(第1铁磁性层31)的z方向的高度位置与第2出射部25不同。磁性元件30例如处在反射器60的上方。
在反射器60反射了的光L2例如从磁性元件30的层叠方向向磁性元件30照射。在这种情况下，电极42相对于照射于磁性元件30的光L2的波段具有透过性。通过电极42将光L2的一部分透过，光照射于磁性元件30。此处例示了电极42相比于电极41配置在更靠反射器60侧的例子，电极41也可以相比于电极42配置在更靠反射器60侧(第1铁磁性层31也可以相比于第2铁磁性层32配置在更靠反射器60侧)。在这种情况下，电极41相对于照射于磁性元件30的光的波段具有透过性。通过电极41将光L2的一部分透过，光照射于磁性元件30。当电极41相比于电极42配置在更靠反射器60侧时，向第1铁磁性层31的光L2的照射效率提高。
第2实施方式的光学器件101具有与第1实施方式的光学器件100同样的效果。此外，能够通过反射器60来自由地设计对磁性元件30的光L2的照射方向。例如，当从层叠方向对磁性元件30照射光L2时，能够确保磁性元件30的受光面积宽。
(第3实施方式)
图12是第3实施方式的光学器件102的特征部分的截面图。在第3实施方式中，与第1实施方式同样的结构标注同样的附图标记，并省略说明。
在第3实施方式的光学器件102，磁性元件30的层叠方向相对于z方向倾斜。从激光二极管20的第2出射部25出射的光L2照射于磁性元件30的侧面和磁性元件30的电极41侧的第1面。
第3实施方式的光学器件102能够获得与第1实施方式的光学器件100同样的效果。
(第4实施方式)
图13是第4实施方式的光学器件103的立体图。图14是第4实施方式的光学器件103的截面图。在第4实施方式中，与第1实施方式的结构同样的结构标注同样的附图标记，并省略说明。
光学器件103具有：支承激光二极管20的基板10和支承磁性元件30的支撑体70。支撑体70是与形成有激光二极管20的基板10不同的构件。支撑体70和基板10例如也可以如图13和图14所示那样固定在共同的支承部件90上。激光二极管20处在基板10之上或上方。磁性元件30处于支撑体70之上或上方。在第1实施方式至第3实施方式中，示出了激光二极管20与磁性元件30形成在同一基板10之上或同一基板10的上方的例子，在第4实施方式中，激光二极管20与磁性元件30形成在不同的构件上。
支撑体70例如是与基板10相同的材料。磁性元件30处于支撑体70上的绝缘层48内。
磁性元件30的z方向的高度位置例如与激光二极管20的第2出射部25的z方向的高度位置一致。从激光二极管20出射的光的至少一部分(光L2的至少一部分)从与磁性元件30的层叠方向(z方向)交叉的方向向磁性元件30照射。
即使在激光二极管20与磁性元件30形成在不同的构件上的情况下，光学器件103也能够使用磁性元件30来监控从激光二极管20出射的光的至少一部分(L2的至少一部分)的强度变化。即，光学器件103能够监控从激光二极管20向外部出射的光L1的强度变化。
(第5实施方式)
图15是第5实施方式的光学器件104的特征部分的截面图。在第5实施方式中，与上述的实施方式的结构同样的结构标注同样的附图标记，并省略说明。
光学器件104中，支承激光二极管20的基板10与支承磁性元件30的支撑体70是不同的部件。激光二极管20处在基板10之上或上方。磁性元件30处在支撑体70之上或上方。磁性元件30处于支撑体70上的绝缘层48内。
在支撑体70与磁性元件30之间，存在被绝缘层61覆盖的反射器60。反射器60的z方向的高度位置例如与激光二极管20的第2出射部25的z方向的高度位置一致。
反射器60将从激光二极管20出射的光的至少一部分(光L2的至少一部分)朝向磁性元件30反射。由反射器60反射了的光L2，例如从磁性元件30的层叠方向向磁性元件30照射。在这种情况下，电极42相对于照射于磁性元件30的光L2的波段具有透过性。通过电极42将光L2的一部分透过，光照射于磁性元件30。
第5实施方式的光学器件104是将第2实施方式的光学器件101的特征的结构与第4实施方式的光学器件103的特征的结构组合的光学器件。因此，第5实施方式的光学器件104具有与这些光学器件101、103同样的效果。
(第6实施方式)
图16是第6实施方式的光学器件105的特征部分的截面图。在第6实施方式中，与上述的实施方式的结构同样的结构标注同样的附图标记，并省略说明。
光学器件105中，支承激光二极管20的基板10与支承磁性元件30的支撑体70是不同的部件。激光二极管20处在基板10之上或上方。磁性元件30处在支撑体70之上或上方。磁性元件30的层叠方向相对于z方向倾斜。磁性元件30的z方向的高度位置例如与激光二极管20的第2出射部25的z方向的高度位置一致。
从激光二极管20的第2出射部25出射的光L2照射于磁性元件30的侧面和磁性元件30的电极41侧的第1面。在这种情况下，电极41相对于照射磁性元件30的光L2的波段具有透过性。通过电极41将光L2的一部分透过，光照射于磁性元件30。
第6实施方式的光学器件105是将第3实施方式的光学器件102的特征的结构与第4实施方式的光学器件103的特征的结构组合的光学器件。因此，第6实施方式的光学器件105具有与这些光学器件102、103同样的效果。
(第7实施方式)
图17是第7实施方式的光学器件106的特征部分的截面图。在第7实施方式中，与上述的实施方式的结构同样的结构标注同样的附图标记，并省略说明。
光学器件106中，支承激光二极管20的基板10与支承磁性元件30的支撑体70是不同的部件。激光二极管20处在基板10之上或上方。磁性元件30处在支撑体70之上或上方。
磁性元件30形成在支撑体80上。支撑体80例如由与支撑体70同样的材料构成。以在磁性元件30向支撑体80上形成的时刻的支撑体80的侧面与支撑体70的上表面相对的方式，在支撑体70上配置支撑体80。
图18是第7实施方式的光学器件106的磁性元件30的附近的立体图。磁性元件30被电极81和电极82夹持。电极81与第1端子85和第2端子86连接。电极82经由通孔配线83与第1端子85连接。此外，电极82经由通孔配线84与第2端子86连接。第1端子85和第2端子86形成在支撑体80的侧面。
在图17所示的例子中，从激光二极管20的第2出射部25出射的光L2的行进方向与磁性元件30的层叠方向一致。磁性元件30的z方向的高度位置，例如与激光二极管20的第2出射部25的z方向的高度位置一致。光L2例如从磁性元件30的层叠方向向磁性元件30照射。在这种情况下，电极81相对于照射于磁性元件30的光L2的波段具有透过性。通过电极81将光L2的一部分透过，光照射于磁性元件30。
第7实施方式的光学器件106能够使用磁性元件30来监控从激光二极管20出射的光的至少一部分(L2的至少一部分)的强度变化。即，光学器件106能够监控从激光二极管20向外部出射的光L1的强度变化。
以上，本发明并不限定于上述的实施方式，能够在权利要求的范围内记载的本发明的主旨的范围内，进行各种变形及变更。例如，也可以将上述的实施方式的特征的结构分别组合。

Claims (7)

1.一种光学器件，其中，
具备：
磁性元件，其具备：第1铁磁性层、第2铁磁性层、和被所述第1铁磁性层与所述第2铁磁性层夹持的间隔层；和
激光二极管，
从所述激光二极管出射的光的至少一部分照射于所述磁性元件。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，
所述激光二极管具有：第1出射部和第2出射部，
从所述第1出射部或所述第2出射部出射的光的至少一部分照射于所述磁性元件。
3.根据权利要求1或2所述的光学器件，其中，
还具备：基板，
所述磁性元件和所述激光二极管处在所述基板之上或上方。
4.根据权利要求1或2所述的光学器件，其中，
还具备：基板和支撑体，
所述基板与所述支撑体是不同的构件，
所述激光二极管处在所述基板之上或上方，
所述磁性元件处在所述支撑体之上或上方。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光学器件，其中，
还具备：反射器，
所述反射器将从所述激光二极管出射的光的至少一部分朝向所述磁性元件反射。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光学器件，其中，
从与所述磁性元件的层叠方向交叉的方向，向所述磁性元件照射有来自所述激光二极管的光的至少一部分。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光学器件，其中，
从所述磁性元件的层叠方向，向所述磁性元件照射有来自所述激光二极管的光的至少一部分。
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