JP2022111043A - 光検知素子、受信装置及び光センサー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れた光検知素子、受信装置及び光センサー装置を提供する。【解決手段】この光検知素子は、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たスペーサ層と、を備える磁性素子と、前記磁性素子の積層方向において前記第１強磁性層側の第１面に接する第１電極と、前記第１面と反対側の第２面に接する第２電極と、前記第１強磁性層の外側にあり、前記第１電極よりも熱伝導率の高い第１高熱伝導層と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光検知素子、受信装置及び光センサー装置に関する。

光電変換素子は、様々な用途で用いられている。

例えば、特許文献１には、フォトダイオードを用いて、光信号を受信する受信装置が記載されている。フォトダイオードは、例えば、半導体のｐｎ接合を用いたｐｎ接合ダイオード等であり、光を電気信号に変換する。

また例えば、特許文献２には、半導体のｐｎ接合を用いた光センサー及びこの光センサーを用いたイメージセンサーが記載されている。

特開２００１－２９２１０７号公報 米国特許第９８４２８７４号明細書

半導体のｐｎ接合を用いた光検知素子は広く利用されているが、更なる発展のために新たな光検知素子が求められている。また光検知素子は、光が照射された際に、素子及び回路に悪影響を及ぼす熱を生じる場合が多く、放熱性の向上が求められている。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れた光検知素子、受信装置及び光センサー装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる光検知素子は、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たスペーサ層と、を備える磁性素子と、前記磁性素子の積層方向において前記第１強磁性層側の第１面に接する第１電極と、前記第１面と反対側の第２面に接する第２電極と、前記第１強磁性層の外側にあり、前記第１電極よりも熱伝導率の高い第１高熱伝導層と、を備える。

（２）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１電極は、前記光に対して透過性を有する酸化物を含んでもよい。

（３）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、非磁性体であってもよい。

（４）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、前記第１強磁性層と接してもよい。

（５）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、前記第１電極と接してもよい。

（６）上記態様にかかる光検知素子は、第２高熱伝導層をさらに備え、前記第２高熱伝導層は、前記第１電極の側壁に接し、前記第２高熱伝導層は、前記第１電極よりも熱伝導率が高くてもよい。

（７）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、前記第２高熱伝導層と接してもよい。

（８）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、金属であってもよい。

（９）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、銅、金、又は銀を含んでもよい。

（１０）上記態様にかかる光検知素子は、絶縁層をさらに有し、前記絶縁層は、前記磁性素子の側壁のうち前記スペーサ層の前記第２強磁性層側の下端より下方の部分を少なくとも被覆してもよい。

（１１）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、絶縁体であってもよい。

（１２）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋより大きくてもよい。

（１３）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、炭化ケイ素、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を含んでもよい。

（１４）上記態様にかかる光検知素子は、前記第１高熱伝導層と前記第２電極との間に高抵抗率層をさらに有し、前記高抵抗率層は、前記第１高熱伝導層より抵抗率が大きくてもよい。

（１５）上記態様にかかる光検知素子は、前記第１高熱伝導層と前記第２電極との間に低誘電率層をさらに有し、前記低誘電率層は、前記第１高熱伝導層より誘電率が低くてもよい。

（１６）第２の態様にかかる光検知素子は、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たスペーサ層と、を備える磁性素子と、前記第１強磁性層の外側にあり、非磁性体の金属である第１高熱伝導層と、を備える。

（１７）上記態様にかかる光検知素子において、前記第１高熱伝導層は、銅、金、又は銀を含んでもよい。

（１８）第３の態様にかかる受信装置は、上記態様にかかる光検知素子を有する。

（１９）第４の態様にかかる光センサー装置は、上記態様にかかる光検知素子を有する。

上記態様にかかる光検知素子、受信装置及び光センサー装置は、放熱性に優れる。

第１実施形態に係る光検知素子の断面図である。 第１実施形態に係る光検知素子の第１動作例の第１メカニズムを説明するための図である。 第１実施形態に係る光検知素子の第１動作例の第２メカニズムを説明するための図である。 第１実施形態に係る光検知素子の第２動作例の第１メカニズムを説明するための図である。 第１実施形態に係る光検知素子の第２動作例の第２メカニズムを説明するための図である。 第１変形例に係る光検知素子の断面図である。 第２変形例に係る光検知素子の断面図である。 第３変形例に係る光検知素子の断面図である。 第４変形例に係る光検知素子の断面図である。 第５変形例に係る光検知素子の断面図である。 第６変形例に係る光検知素子の断面図である。 第７変形例に係る光検知素子の断面図である。 第１適用例にかかる送受信装置のブロック図である。 通信システムの一例の概念図である。 第２適用例に係る光センサー装置の断面の概念図である。 端末装置の一例の模式図である。

以下、実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

方向について定義する。磁性素子１０の積層方向をｚ方向とし、ｚ方向と直交する面内の一方向をｘ方向、ｘ方向及びｚ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｚ方向は、積層方向の一例である。以下、＋ｚ方向を「上」、－ｚ方向を「下」と表現する場合がある。＋ｚ方向は、第２強磁性層２から第１強磁性層１へ向かう方向である。上下は、必ずしも重力が加わる方向とは一致しない。

図１は、第１実施形態に係る光検知素子１００の断面図である。光検知素子１００は、照射される光の状態の変化を電気信号に置き換える。光検知素子１００は、照射される光の状態によってｚ方向の抵抗値が変化する。光検知素子１００からの出力電圧は、照射される光の状態によって変化する。本明細書における光とは、可視光線に限らず、可視光線よりも波長の長い赤外線や、可視光線よりも波長の短い紫外線も含む。可視光線の波長は例えば、３８０ｎｍ以上８００ｎｍ未満である。赤外線の波長は例えば、８００ｎｍ以上１ｍｍ以下である。紫外線の波長は例えば、２００ｎｍ以上３８０ｎｍ未満である。

光検知素子１００は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２０と絶縁層３０と基板４０とを有する。

磁性素子１０は、例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とスペーサ層３とキャップ層４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。キャップ層４は、磁性素子１０の積層方向の上面を被覆する。キャップ層４は、例えば、第１強磁性層１上にある。磁性素子１０は、これらの他に他の層を有してもよい。

磁性素子１０は、例えば、スペーサ層３が絶縁材料で構成されたＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）素子である。この場合、磁性素子１０は、第１強磁性層１の磁化の状態と第２強磁性層２の磁化の状態との相対的な変化に応じて、ｚ方向の抵抗値（ｚ方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する。このような素子は磁気抵抗効果素子とも呼ばれる。

第１強磁性層１は、外部から光が照射されると磁化の状態が変化する光検知層である。第１強磁性層１は、磁化自由層とも呼ばれる。磁化自由層は、所定の外力が印加された際に磁化の状態が変化する磁性体を含む層である。所定の外力は、例えば、外部から照射される光、磁性素子１０のｚ方向に流れる電流、外部磁場である。第１強磁性層１の磁化は、第１強磁性層１に照射される光の強度に応じて、状態が変化する。

第１強磁性層１は、強磁性体を含む。第１強磁性層１は、例えば、Ｃｏ、ＦｅまたはＮｉ等の磁性元素のいずれかを少なくとも含む。第１強磁性層１は、上述のような磁性元素と共に、Ｂ、Ｍｇ、Ｈｆ、Ｇｄ等の非磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層１は、例えば、磁性元素と非磁性元素とを含む合金でもよい。第１強磁性層１は、複数の層から構成されていてもよい。第１強磁性層１は、例えば、ＣｏＦｅＢ合金、ＣｏＦｅＢ合金層をＦｅ層で挟んだ積層体、ＣｏＦｅＢ合金層をＣｏＦｅ層で挟んだ積層体である。

第１強磁性層１は、膜面内方向（ｘｙ面内のいずれかの方向）に磁化容易軸を有する面内磁化膜でも、膜面直方向（ｚ方向）に磁化容易軸を有する垂直磁化膜でもよい。

第１強磁性層１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１強磁性層１の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが好ましい。第１強磁性層１が垂直磁化膜の場合、第１強磁性層１の膜厚が薄いと、第１強磁性層１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が強まり、第１強磁性層１の垂直磁気異方性が高まる。つまり、第１強磁性層１の垂直磁気異方性が高いと、磁化Ｍ１がｚ方向に戻ろうとする力が強まる。一方、第１強磁性層１の膜厚が厚いと、第１強磁性層１の上下にある層からの垂直磁気異方性印加効果が相対的に弱まり、第１強磁性層１の垂直磁気異方性が弱まる。

第１強磁性層１の膜厚が薄くなると強磁性体としての体積は小さくなり、厚くなると強磁性体としての体積は大きくなる。外部からのエネルギーが加わったときの第１強磁性層１の磁化の反応しやすさは、第１強磁性層１の磁気異方性（Ｋｕ）と体積（Ｖ）との積（ＫｕＶ）に反比例する。つまり、第１強磁性層１の磁気異方性と体積との積が小さくなると、光に対する反応性が高まる。このような観点から、光に対する反応を高めるためには、第１強磁性層１の磁気異方性を適切に設計したうえで第１強磁性層１の体積を小さくすることが好ましい。

第１強磁性層１の膜厚が２ｎｍより厚い場合は、例えばＭｏ，Ｗからなる挿入層を第１強磁性層１内に設けてもよい。すなわち、ｚ方向に強磁性層、挿入層、強磁性層が順に積層された積層体を第１強磁性層１としてもよい。挿入層と強磁性層との界面における界面磁気異方性により第１強磁性層１全体の垂直磁気異方性が高まる。挿入層の膜厚は、例えば、０．１ｎｍ～０．６ｎｍである。

第２強磁性層２は、磁化固定層である。磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の状態が磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい。また、例えば、磁化固定層は、所定の外部からのエネルギーが印加された際に磁化の大きさが磁化自由層よりも変化しにくい。第２強磁性層２の保磁力は、例えば、第１強磁性層１の保磁力よりも大きい。第２強磁性層２は、第１強磁性層１と同じ方向に磁化容易軸を有する。第２強磁性層２は、面内磁化膜でも、垂直磁化膜でもよい。

第２強磁性層２を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１と同様である。第２強磁性層２は、例えば、０．４ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏ、０．１ｎｍ～０．５ｎｍの厚みのＭｏ、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＣｏＦｅＢ合金、０．３ｎｍ～１．０ｎｍの厚みのＦｅが順に積層された積層体でもよい。

第２強磁性層２の磁化は、例えば、磁気結合層を介した第３強磁性層との磁気結合によって固定してもよい。この場合、第２強磁性層２、磁気結合層及び第３強磁性層を合わせたものを磁化固定層と称する場合もある。

第３強磁性層は、例えば、第２強磁性層２と磁気結合する。磁気結合は、例えば、反強磁性的な結合であり、ＲＫＫＹ相互作用により生じる。第３強磁性層を構成する材料は、例えば、第１強磁性層１と同様である。磁気結合層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ等である。

スペーサ層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に配置される非磁性層である。スペーサ層３は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。スペーサ層３の膜厚は、後述する初期状態における第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化の配向方向に応じて調整できる。

例えば、スペーサ層３が絶縁体からなる場合は、磁性素子１０は、第１強磁性層１とスペーサ層３と第２強磁性層２とからなる磁気トンネル接合（ＭＴＪ：Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｕｎｎｅｌ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を有する。このような素子はＭＴＪ素子と呼ばれる。この場合、磁性素子１０はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。例えば、スペーサ層３が金属からなる場合は、磁性素子１０は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を発現することができる。このような素子はＧＭＲ素子と呼ばれる。磁性素子３０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。

スペーサ層３が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化ケイ素等を含む材料を用いることができる。また、これら絶縁材料に、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｇなどの元素や、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素を含んでもよい。第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に高いＴＭＲ効果が発現するようにスペーサ層３の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。

スペーサ層３を非磁性導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３の膜厚は、０．５～５．０ｎｍ程度としてもよく、２．０～３．０ｎｍ程度としてもよい。

スペーサ層３を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はＩＴＯ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度としてもよい。

スペーサ層３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌなどの非磁性の導体によって構成される通電点を含む構造としてもよい。また、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの磁性元素によって導体を構成してもよい。この場合、スペーサ層３の膜厚は、１．０～２．５ｎｍ程度としてもよい。通電点は、例えば、膜面に垂直な方向からみたときの直径が１ｎｍ以上５ｎｍ以下の柱状体である。

キャップ層４は、第１強磁性層１と第１電極１１との間にある。キャップ層４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４の膜厚は、第１強磁性層１に十分な光が照射されるように、例えば３ｎｍ以下である。キャップ層４は、例えば、ＭｇＯ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などである。

磁性素子１０は、この他、下地層、垂直磁化誘起層等を有してもよい。下地層は、第２強磁性層２と第２電極１２との間にある。下地層は、シード層又はバッファ層である。シード層は、シード層上に積層される層の結晶性を高める。シード層は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｚｒ、ＮｉＦｅＣｒである。シード層の膜厚は、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。バッファ層は、異なる結晶間の格子不整合を緩和する層である。バッファ層は、例えば、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆ又はこれらの元素の窒化物である。バッファ層の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。

垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１が垂直磁化膜の場合に形成される。垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１上に積層される。垂直磁化誘起層は、第１強磁性層１の垂直磁気異方性を誘起する。垂直磁化誘起層は、例えば酸化マグネシウム、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ等である。垂直磁化誘起層が酸化マグネシウムの場合は、導電性を高めるために、酸化マグネシウムが酸素欠損していることが好ましい。垂直磁化誘起層の膜厚は、例えば、０．５ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。

第１電極１１は、磁性素子１０の第１面に接する。第１面は、ｚ方向において、磁性素子１０の第１強磁性層１側の面である。第１電極１１は、例えば、磁性素子１０に照射される光の波長域に対して透過性を有する。

第１電極１１は、例えば、磁性素子１０に照射される光の波長域に対して透過性を有する酸化物を含む。第１電極１１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）等の酸化物の透明電極材料を含む透明電極である。第１電極１１は、こられの透明電極材料の中に複数の柱状金属を有する構成としてもよい。この場合、第１電極１１の膜厚は、例えば１０ｎｍ～３００ｎｍである。第１電極１１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、外部からの光を第１強磁性層１に到達させるようにしてもよい。第１電極１１の材料として金属を用いる場合、第１電極１１の膜厚は、例えば、３～１０ｎｍである。特にＡｕは、青色近辺の波長の光の透過率が他の金属材料よりも高い。また第１電極１１は、光が照射される照射面に反射防止膜を有してもよい。

第２電極１２は、導電性を有する材料からなる。第２電極１２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１２として、ＴｉＮやＴａＮを用いてもよい。第２電極１２の膜厚は、例えば２００ｎｍ～８００ｎｍである。

第２電極１２は、磁性素子１０に照射される光に対して透過性を有するようにしてもよい。第２電極１２の材料として、第１電極１１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１１のほうから光が照射される場合においても、光の強度によっては光が第２電極１２まで到達する場合もありうるが、この場合、第２電極１２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１２が金属で構成されている場合に比べて、第２電極１２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。

第１高熱伝導層２０は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１の外側にある。第１高熱伝導層２０は、例えば、磁性素子１０の面内方向の外側にあり、磁性素子１０の側壁の少なくとも一部を覆う。第１高熱伝導層２０は、例えば、絶縁層３０を介して、磁性素子１０と接続されている。第１高熱伝導層２０は、例えば、磁性素子１０の少なくとも一部の周囲を囲む。例えば、第１高熱伝導層２０は、磁性素子１０の第１強磁性層１の周囲を囲む。第１高熱伝導層２０は、例えば、第１電極１１に接する。第１高熱伝導層２０と第１電極１１とが接すると、第１高熱伝導層２０から第１電極１１を介して配線に至る熱の経路が形成され、磁性素子１０から熱を効率的に逃がすことができる。

第１高熱伝導層２０は、第１電極１１より熱伝導率が高い。第１高熱伝導層２０は、例えば、絶縁層３０より熱伝導率が高い。第１高熱伝導層２０の熱伝導率は、例えば、４０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。磁性素子１０で生じる熱の一部は、第１高熱伝導層２０を介して排熱される。

第１高熱伝導層２０は、例えば、金属である。第１高熱伝導層２０は、例えば、非磁性体である。第１高熱伝導層２０が非磁性体であれば、第１高熱伝導層２０から漏れ磁場が生じることがなく、磁性素子１０の磁気特性が低下することを抑制できる。第１高熱伝導層２０が非磁性体の金属である場合、例えば第１電極１１が金属であり、第１電極１１が第１高熱伝導層２０よりも熱伝導率が高いとしても、第１高熱伝導層２０は熱伝導率が高い。そのため、第１電極１１が第１高熱伝導層２０よりも熱伝導率が高い場合でも磁性素子１０から熱を効率的に逃がすことができる。第１高熱伝導層２０は、例えば、銅、金、又は銀を含む。

第１高熱伝導層２０は、絶縁体でもよい。第１高熱伝導層２０が絶縁体からなる場合、第１高熱伝導層２０は、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を含む。

絶縁層３０は、磁性素子１０と第１高熱伝導層２０との間にある。絶縁層３０は、例えば、磁性素子１０の周囲を覆う。絶縁層３０は、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇの酸化物、窒化物、酸窒化物である。絶縁層３０は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。

光検知素子１００は、各層の積層工程、アニール工程、加工工程によって作製される。まず、基板上に、第２電極１２、第２強磁性層２、スペーサ層３、第１強磁性層１、キャップ層４を順に積層する。各層は、例えば、スパッタリングにより成膜される。

次いで、積層膜をアニールする。アニール温度は、例えば、２５０℃から４５０℃である。基板が回路基板の場合は、４００℃以上でアニールしておくことが好ましい。その後、積層膜をフォトリソグラフィ及びエッチングにより所定の柱状体に加工する。柱状体は、円柱でも角柱でもよい。例えば、柱状体をｚ方向から見た際の最短幅は、１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下としてもよく、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下としてもよい。

次いで、柱状体の側面を被覆するように、絶縁層３０を形成する。絶縁層３０は、複数回に亘って積層してもよい。次いで、絶縁層３０上に第１高熱伝導層２０を形成する。次いで、化学機械研磨（ＣＭＰ）により絶縁層３０及び第１高熱伝導層２０からキャップ層４の上面を露出させ、キャップ層４上に、第１電極１１を作製する。上記工程により、光検知素子１００が得られる。

次いで、光検知素子１００の動作のいくつかの例について説明する。第１強磁性層１には、光強度が変化する光が照射される。光検知素子１００からの出力電圧は、光が第１強磁性層１に照射されることにより変化する。第１動作例では、第１強磁性層１に照射される光の強度が、第１強度と第２強度の２段階である場合を例に説明する。第２強度の光の強度は、第１強度の光の強度より大きいものとする。第１強度は、第１強磁性層１に照射される光の強度がゼロの場合でもよい。

図２及び図３は、第１実施形態に係る光検知素子１００の第１動作例を説明するための図である。図２は、第１動作例の第１メカニズムを説明するための図であり、図３は、第１動作例の第２メカニズムを説明するための図である。図２及び図３の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図２及び図３の下のグラフは、縦軸が磁性素子１０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。

まず第１強磁性層１に第１強度の光が照射された状態（以下、初期状態と称する）において、第１強磁性層１の磁化Ｍ１と第２強磁性層２の磁化Ｍ２とは平行の関係にあり、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は第１抵抗値Ｒ_１を示し、磁性素子１０からの出力電圧の大きさは第１の値を示す。磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、磁性素子１０のｚ方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、磁性素子１０のｚ方向の両端に電圧が発生し、その電圧値からオームの法則を用いて求められる。磁性素子１０からの出力電圧は、第１電極１１と第２電極１２との間に発生する。図２に示す例の場合、センス電流Ｉｓを第１強磁性層１から第２強磁性層２に向かって流す。この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１の磁化Ｍ１に対して、第２強磁性層２の磁化Ｍ２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行になる。また、この方向にセンス電流Ｉｓを流すことで、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が動作時に反転することを防止することができる。

次いで、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化する。第２強度は、第１強度より大きく、第１強磁性層１の磁化Ｍ１は初期状態から変化する。第１強磁性層１に光が照射されていない状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態と、第２強度における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態とは異なる。磁化Ｍ１の状態とは、例えば、ｚ方向に対する傾き角、大きさ等である。

例えば、図２に示すように、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化すると、磁化Ｍ１はz方向に対して傾く。また例えば、図３に示すように、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度から第２強度に変化すると、磁化Ｍ１の大きさが小さくなる。例えば、第１強磁性層１の磁化Ｍ１が光の照射強度によってｚ方向に対して傾く場合、その傾き角度は、０°より大きく９０°より小さい。

第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から変化すると、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向の抵抗値は第２抵抗値Ｒ_２を示し、磁性素子１０からの出力電圧の大きさは第２の値を示す。第２抵抗値Ｒ_２は、第１抵抗値Ｒ_１より大きく、出力電圧の第２の値は第１の値よりも大きい。第２抵抗値Ｒ_２は、磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行である場合の抵抗値（第１抵抗値Ｒ_１）と、磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行である場合の抵抗値との間である。

図２に示す場合は、第１強磁性層１の磁化Ｍ１には第２強磁性層２の磁化Ｍ２と同じ方向のスピントランスファートルクが作用している。したがって、磁化Ｍ１は磁化Ｍ２と平行状態に戻ろうとし、第１強磁性層１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化すると、磁性素子１０は初期状態に戻る。図３に示す場合は、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさは元に戻り、磁性素子１０は初期状態に戻る。いずれの場合も磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第１抵抗値Ｒ_１に戻る。つまり、第１強磁性層１に照射される光の強度が第２強度から第１強度に変化した際に、光検知素子１００のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２から第１抵抗値Ｒ_１へ変化する。

光検知素子１００からの出力電圧は、第１強磁性層１に照射される光の強度の変化に対応して変化し、照射される光の強度の変化を光検知素子１００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、光検知素子１００は、光を電気信号に置き換えることができる。例えば、光検知素子１００からの出力電圧が閾値以上の場合を第１信号（例えば、“１”）、閾値未満の場合を第２信号（例えば、“０”）として処理する。

ここでは初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行な場合を例に説明したが、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行でもよい。この場合、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、磁化Ｍ１の状態が変化するほど（例えば、磁化Ｍ１の初期状態からの角度変化が大きくなるほど）小さくなる。磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行な場合を初期状態とする場合は、センス電流は第２強磁性層２から第１強磁性層１に向かって流すことが好ましい。この方向にセンス電流を流すことで、第１強磁性層１の磁化Ｍ１に対して、第２強磁性層２の磁化Ｍ２と反対方向のスピントランスファートルクが作用し、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行になる。

第１動作例では、第１強磁性層１に照射される光が、第１強度と第２強度の２段階である場合を例に説明したが、第２動作例では第１強磁性層１に照射される光の強度が多段又はアナログ的に変化する場合について説明する。

図４及び図５は、第１実施形態に係る光検知素子１００の第２動作例を説明するための図である。図４は、第１動作例の第１メカニズムを説明するための図であり、図５は、第１動作例の第２メカニズムを説明するための図である。図４及び図５の上のグラフは、縦軸が第１強磁性層１に照射される光の強度であり、横軸が時間である。図４及び図５の下のグラフは、縦軸が磁性素子１０のｚ方向の抵抗値であり、横軸が時間である。

図４の場合、第１強磁性層１に照射される光の強度が変化すると、光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層１の磁化Ｍ１は初期状態から傾く。第１強磁性層１に光が照射されていない状態における第１強磁性層１の磁化Ｍ１の方向と、光が照射された状態における磁化Ｍ１の方向との角度は、いずれも０°より大きく９０°より小さい。

第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から傾くと、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子１０からの出力電圧は変化する。例えば、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の傾きに応じて、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化し、磁性素子３０からの出力電圧は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。第１抵抗値Ｒ_１、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４の順に抵抗値は大きくなる。第１の値、第２の値、第３の値、第４の値の順に磁性素子３０からの出力電圧は大きくなる。

磁性素子１０は、第１強磁性層１に照射される光の強度が変化した際に、磁性素子１０からの出力電圧（磁性素子１０のｚ方向の抵抗値）が変化する。例えば、第１の値（第１抵抗値Ｒ_１）を“０”、第２の値（第２抵抗値Ｒ_２）を“１”、第３の値（第３抵抗値Ｒ_３）を“２”、第４の値（第４抵抗値Ｒ_４）を“３”として規定すると、光検知素子１００は４値の情報を出力できる。ここでは一例として４値を読み出す場合を示したが、磁性素子１０からの出力電圧（磁性素子１０の抵抗値）の閾値の設定により読み出す値の数は自由に設計できる。また光検知素子１００は、アナログ値をそのまま出力してもよい。

また図５の場合も同様に、第１強磁性層１に照射される光の強度が変化すると、光の照射による外部からのエネルギーによって第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさは初期状態から小さくなる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１が初期状態から小さくなると、磁気抵抗効果素子１０のｚ方向の抵抗値は変化する。そして、磁性素子１０からの出力電圧は変化する。例えば、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の大きさに応じて、磁性素子１０のｚ方向の抵抗値は、第２抵抗値Ｒ_２、第３抵抗値Ｒ_３、第４抵抗値Ｒ_４と変化し、磁性素子１０からの出力電圧は第２の値、第３の値、第４の値と変化する。したがって、図４の場合と同様に、光検知素子１００は、これらの出力電圧（抵抗値）の違いを、多値又はアナログデータとして出力できる。

また第２動作例の場合も、第１動作例の場合と同様に、第１強磁性層１に照射される光の強度が第１強度に戻ると、第１強磁性層１の磁化Ｍ１の状態は元に戻り、磁性素子１０は初期状態に戻る。

ここでは初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが平行な場合を例に説明したが、第２動作例においても、初期状態において磁化Ｍ１と磁化Ｍ２とが反平行でもよい。

上述のように、第１実施形態に係る光検知素子１００は、磁性素子１０に照射された光を磁性素子１０からの出力電圧に置き換えることで、光を電気信号に置き換えることができる。また光の照射に伴い熱を生じる磁性素子１０の外側に、熱伝導率の高い第１高熱伝導層２０が存在することで、磁性素子１０からの放熱を促進できる。つまり、第１強磁性層１への光の照射を止めた場合に、磁性素子１０が素早く冷やされ、磁化Ｍ１の初期状態への回復が素早くなる。第１強磁性層１の磁化Ｍ１の初期状態への戻りが早いと、光検知素子１００の光への応答特性が向上する。換言すると、光検知素子１００の光に対しての応答特性が高速化する。

以上、第１実施形態について図面を参照して詳述したが、第１実施形態はこの例に限られるものではない。

（第１変形例）
図６は、第１変形例に係る光検知素子１０１の断面図である。光検知素子１０１は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２１と絶縁層３０、３１と基板４０とを有する。第１変形例において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

第１高熱伝導層２１は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１の外側にある。第１高熱伝導層２１は、例えば、絶縁層３０を介して、磁性素子１０と接続されている。第１高熱伝導層２１は、例えば、磁性素子１０の少なくとも一部の周囲を囲む。例えば、第１高熱伝導層２１は、磁性素子１０の第１強磁性層１の周囲を囲む。第１高熱伝導層２１は、例えば、第１電極１１に接する。第１高熱伝導層２１は、絶縁層３０と絶縁層３１とに挟まれている。

第１高熱伝導層２１は、第１電極１１より熱伝導率が高い。第１高熱伝導層２１は、第１高熱伝導層２０と同様の材料からなる。

絶縁層３１は、第１高熱伝導層２１の上面を被覆する。絶縁層３１は、絶縁層３０と第１高熱伝導層２１を挟む。絶縁層３１は、絶縁層３０と同様の材料からなる。

第１変形例にかかる光検知素子１０１は、第１高熱伝導層２１を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。

（第２変形例）
図７は、第２変形例に係る光検知素子１０２の断面図である。光検知素子１０２は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２２と絶縁層３０、３１と基板４０とを有する。第２変形例において、第１変形例と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

第１高熱伝導層２２は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１の外側にある。第１高熱伝導層２２は、第１電極１１と接していない点が、第１変形例にかかる第１高熱伝導層２１と異なる。

第２変形例にかかる光検知素子１０２は、第１高熱伝導層２２を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。

（第３変形例）
図８は、第３変形例に係る光検知素子１０３の断面図である。光検知素子１０３は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２０と絶縁層３０と基板４０と第２高熱伝導層５０とを有する。第３変形例において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

第２高熱伝導層５０は、第１電極１１の側壁に接する。第２高熱伝導層５０は、例えば、第１電極１１の周囲を囲む。第２高熱伝導層５０は、第１電極１１よりも熱伝導率が高い。第２高熱伝導層５０は、例えば、第１高熱伝導層２０と接する。第２高熱伝導層５０と第１高熱伝導層２０とが接すると、第１高熱伝導層２０から第２高熱伝導層５０に向かって熱が排出され、磁性素子１０から熱を効率的に逃がすことができる。第１高熱伝導層２０と同様の材料を第２高熱伝導層５０に適用できる。第１高熱伝導層２０と第２高熱伝導層５０とは、同じ材料でも、異なる材料でもよい。

第３変形例にかかる光検知素子１０３は、第１高熱伝導層２０を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また光検知素子１０３は、第２高熱伝導層５０を有することで、より放熱性に優れる。

（第４変形例）
図９は、第４変形例に係る光検知素子１０４の断面図である。光検知素子１０４は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２３と絶縁層３２と基板４０とを有する。第４変形例において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

第１高熱伝導層２３は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１の外側にある。第１高熱伝導層２３は、磁性素子１０と直接接する。第１高熱伝導層２３は、例えば、第１強磁性層１の側面の少なくとも一部と直接接する。第１高熱伝導層２３は、磁性素子１０の少なくとも一部の周囲を囲む。例えば、第１高熱伝導層２３は、磁性素子１０の第１強磁性層１の周囲を囲む。

第１高熱伝導層２３は、第１電極１１より熱伝導率が高い。第１高熱伝導層２３は、第１高熱伝導層２０と同様の材料からなる。

絶縁層３２は、その一部が磁性素子１０と第１高熱伝導層２３との間にある。絶縁層３２は、絶縁層３０と同様の材料からなる。絶縁層３２は、磁性素子１０の側壁のうちスペーサ層３の下端３Ｕより下方の部分を少なくとも被覆する。絶縁層３２がスペーサ層３の下端３Ｕより下方の部分を被覆することで、第１高熱伝導層２３が導体の場合でも、第１高熱伝導層２３と第２強磁性層２との短絡を防止できる。

第４変形例にかかる光検知素子１０４は、第１高熱伝導層２３を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また第１高熱伝導層２３が第１強磁性層１と直接接することで、第１強磁性層１で生じた熱をより効率的に放熱できる。また第１高熱伝導層２３が導体の場合において、絶縁層３２が第１高熱伝導層２３と第２強磁性層２との短絡を防止することで、磁性素子１０の磁気特性が低下することを抑制できる。

（第５変形例）
図１０は、第５変形例に係る光検知素子１０５の断面図である。光検知素子１０５は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２５と基板４０とを有する。第５変形例において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

第１高熱伝導層２５は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１の外側にある。第１高熱伝導層２５は、磁性素子１０と直接接する。第１高熱伝導層２５は、磁性素子１０の周囲を囲む。

第１高熱伝導層２５は、第１電極１１より熱伝導率が高い。第１高熱伝導層２５は、絶縁体である。第１高熱伝導層２５の熱伝導率は、例えば、４０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。第１高熱伝導層２５は、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を含む。

第５変形例にかかる光検知素子１０５は、第１高熱伝導層２５を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また第１高熱伝導層２５は絶縁性を有するため、磁性素子１０の側面全面と直接接することができる。その結果、光検知素子１０５は、磁性素子１０からの放熱を効率的に行うことができる。

（第６変形例）
図１１は、第６変形例に係る光検知素子１０６の断面図である。光検知素子１０６は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２６と基板４０と高抵抗率層６０とを有する。第６変形例において、第１実施形態と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

第１高熱伝導層２６は、ｚ方向から見て、第１強磁性層１の外側にある。第１高熱伝導層２６は、例えば、第１強磁性層１と直接接する。第１高熱伝導層２６と第１強磁性層１との間には、高抵抗率層６０があってもよい。第１高熱伝導層２６は、例えば、第１強磁性層１の周囲を囲む。

第１高熱伝導層２６は、第１電極１１より熱伝導率が高い。第１高熱伝導層２６は、絶縁体である。第１高熱伝導層２６の熱伝導率は、例えば、４０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。第１高熱伝導層２６は、例えば、炭化ケイ素、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を含む。

高抵抗率層６０は、第１高熱伝導層２６と第２電極１２との間にある。高抵抗率層６０の一部は、磁性素子１０と第１高熱伝導層２６との間にあってもよい。高抵抗率層６０は、第１高熱伝導層２６より抵抗率が大きい。

高抵抗率層６０は、例えば、絶縁体である。高抵抗率層６０は、第１高熱伝導層２６を構成する材料にもよるが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）である。

例えば、第１高熱伝導層２６が炭化ケイ素（ＳｉＣ）の場合、高抵抗率層６０は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）が好ましい。例えば、第１高熱伝導層２６が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ホウ素（ＢＮ）の場合、高抵抗率層６０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が好ましい。

第６変形例にかかる光検知素子１０６は、第１高熱伝導層２６を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また第１電極１１と第２電極１２との間に高抵抗率層６０を有することで、第１電極１１と第２電極１２との間の絶縁性を高めることができる。

（第７変形例）
図１２は、第７変形例に係る光検知素子１０７の断面図である。光検知素子１０７は、例えば、磁性素子１０と第１電極１１と第２電極１２と第１高熱伝導層２６と基板４０と低誘電率層７０とを有する。第７変形例において、第６変形例と同様の構成は同様の符号を付し、説明を省く。

低誘電率層７０は、第１高熱伝導層２６と第２電極１２との間にある。低誘電率層７０の一部は、磁性素子１０と第１高熱伝導層２６との間にあってもよい。低誘電率層７０は、第１高熱伝導層２６より誘電率が低い。

低誘電率層７０は、例えば、絶縁体である。低誘電率層７０は、第１高熱伝導層２６を構成する材料にもよるが、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）である。

例えば、第１高熱伝導層２６が炭化ケイ素（ＳｉＣ）の場合、低誘電率層７０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）が好ましい。例えば、第１高熱伝導層２６が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合、低誘電率層７０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、窒化ホウ素（ＢＮ）が好ましい。例えば、第１高熱伝導層２６が窒化ホウ素（ＢＮ）の場合、低誘電率層７０は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が好ましい。

第７変形例にかかる光検知素子１０７は、第１高熱伝導層２６を有するため、光検知素子１００と同様の効果を奏する。また第１電極１１と第２電極１２との間に低誘電率層７０を有することで、第１電極１１と第２電極１２との間の容量を低減できる。

以上、本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記の実施形態及び変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

上記の実施形態及び変形例にかかる光検知素子は、イメージセンサー等の光センサー装置、通信システムの送受信装置等に適用できる。

図１３は、第１適用例にかかる送受信装置１０００のブロック図である。送受信装置１０００は、受信装置３００と送信装置４００とを備える。受信装置３００は光信号Ｌ１を受信し、送信装置４００は光信号Ｌ２を送信する。

受信装置３００は、例えば、光検知素子３０１と信号処理部３０２とを備える。光検知素子３０１は、上述の実施形態又は変形例のいずれかの光検知素子１００～１０７である。光検知素子３０１は、光信号Ｌ１を電気信号に変換する。光検知素子３０１の動作は、第１動作例、第２動作例のいずれでもよい。光検知素子３０１の第１強磁性層１には、光強度変化を有する光信号Ｌ１を含む光が照射される。光検知素子３０１の積層方向の第１強磁性層１側にレンズを配置して、レンズを通過して集光した光が第１強磁性層１に照射されるようにしてもよい。レンズは、光検知素子３０１を形成するウエハ工程の中で形成するようにしてもよい。また、導波路を通過した光が光検知素子３０１の第１強磁性層１に照射されるようにしてもよい。光検知素子３０１の第１強磁性層１に照射される光は、例えば、レーザー光である。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。

送信装置４００は、例えば、光源４０１と電気信号生成素子４０２と光変調素子４０３とを備える。光源４０１は、例えば、レーザー素子である。光源４０１は、送信装置４００の外部にあってもよい。電気信号生成素子４０２は、送信情報に基づき電気信号を生成する。電気信号生成素子４０２は、信号処理部３０２の信号変換素子と一体となっていてもよい。光変調素子４０３は、電気信号生成素子４０２で生成された電気信号に基づき、光源４０１から出力された光を変調し、光信号Ｌ２を出力する。

図１４は、通信システムの一例の概念図である。図１４に示す通信システムは、２つの端末装置５００を有する。端末装置５００は、例えば、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ等である。

端末装置５００のそれぞれは、受信装置３００と送信装置４００とを備える。一方の端末装置５００の送信装置４００から送信された光信号を、他方の端末装置５００の受信装置３００で受信する。端末装置５００間の送受信に使用される光は、例えば可視光である。受信装置３００は、光検知素子３０１として上述の光検知素子１００～１０７を有する。上述の光検知素子１００～１０７は放熱性に優れるため、図１４に示す通信システムは高速通信が可能である。

図１５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１１０と配線層１２０と複数の光センサーＳとを有する。配線層１２０及び複数の光センサーＳのそれぞれは、回路基板１１０上に形成されている。

複数の光センサーＳのそれぞれは、例えば、光検知素子１００と波長フィルターＦとレンズＲとを有する。図１５では光検知素子１００を用いる例を示したが、光検知素子１００に変えて光検知素子１０１～１０６を用いてもよい。光検知素子１００には、波長フィルターＦを透過した光が照射される。光検知素子１００は、上述のように、磁性素子１０に照射された光を電気信号に置換する。光検知素子１００は、第２動作例で動作することが好ましい。

波長フィルターＦは、特定の波長の光を選別して特定の波長域の光を透過させる。それぞれの波長フィルターＦが透過させる光の波長域は、同じでも異なってもよい。例えば、光センサー装置２０００は、青色（３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長域）を透過させる波長フィルターＦを有する光センサーＳ（以下、青色センサーと称する。）と、緑色（４９０ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の波長域）を透過させる波長フィルターＦを有する光センサーＳ（以下、緑色センサーと称する。）と、赤色（５９０ｎｍ以上８００ｎｍ未満の波長域）を透過させる波長フィルターＦを有する光センサーＳ（以下、赤色センサーと称する。）と、を有してもよい。青色センサー、緑色センサー、赤色センサーを１画素とし、この画素を配列することで、光センサー装置２０００をイメージセンサーとして用いることができる。

レンズＲは、光を磁性素子１０に向かって集光する。図１５に示す光センサーＳは、一つの波長フィルターＦの下方に一つの光検知素子１００が配置されているが、一つの波長フィルターＦの下方に複数の光検知素子１００を配置してもよい。

回路基板１１０は、例えば、アナログデジタル変換器１１１と出力端子１１２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１１１でデジタルデータに置換され、出力端子１１２から出力される。

配線層１２０は、複数の配線１２１を有する。複数の配線１２１の間には、層間絶縁膜１２２がある。配線１２１は、光センサーＳのそれぞれと回路基板１１０との間、回路基板１１０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１１０とは、例えば、層間絶縁膜１２２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１１０との間の配線間距離を短くすることで、ノイズを低減できる。

配線１２１は、導電性を有する。配線１２１は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等である。層間絶縁膜１２２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１２２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１２２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_ｘ）等である。

上述の光センサー装置２０００は、例えば、端末装置に用いることができる。図１６は、端末装置６００の一例の模式図である。図１６の左は端末装置６００の表面であり、図１６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１６では、端末装置６００の一例として、スマートフォンを例示したが、この場合に限られない。端末装置６００は、スマートフォン以外に、例えば、タブレット、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等である。

１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…スペーサ層、３Ｕ…下端、４…キャップ層、１０…磁性素子、１１…第１電極、１２…第２電極、２０，２１，２２，２３，２５，２６…第１高熱伝導層、３０，３１，３２…絶縁層、４０…基板、５０…第２高熱伝導層、６０…高抵抗率層、７０…低誘電率層、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７…光検知素子、１１０…回路基板、１１１…アナログデジタル変換器、１１２…出力端子、１２０…配線層、１２１…配線、１２２…層間絶縁層、３００…受信装置、３０１…光検知素子、３０２…信号処理部、４００…送信装置、４０１…光源、４０２…電気信号生成素子、４０３…光変調素子、５００，６００…端末装置、１０００…送受信装置、２０００…光センサー装置、ＣＡ…カメラ、Ｆ…波長フィルター、Ｒ…レンズ、Ｓ…光センサー

Claims (19)

1. 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たスペーサ層と、を備える磁性素子と、
   前記磁性素子の積層方向において前記第１強磁性層側の第１面に接する第１電極と、前記第１面と反対側の第２面に接する第２電極と、
   前記第１強磁性層の外側にあり、前記第１電極よりも熱伝導率の高い第１高熱伝導層と、を備える、光検知素子。
2. 前記第１電極は、前記光に対して透過性を有する酸化物を含む、請求項１に記載の光検知素子。
3. 前記第１高熱伝導層は、非磁性体である、請求項１又は２に記載の光検知素子。
4. 前記第１高熱伝導層は、前記第１強磁性層と接する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光検知素子。
5. 前記第１高熱伝導層は、前記第１電極と接する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光検知素子。
6. 第２高熱伝導層をさらに備え、
   前記第２高熱伝導層は、前記第１電極の側壁に接し、
   前記第２高熱伝導層は、前記第１電極よりも熱伝導率が高い、請求項１～５のいずれか一項に記載の光検知素子。
7. 前記第１高熱伝導層は、前記第２高熱伝導層と接する、請求項６に記載の光検知素子。
8. 前記第１高熱伝導層は、金属である、請求項１～７のいずれか一項に記載の光検知素子。
9. 前記第１高熱伝導層は、銅、金、又は銀を含む、請求項８に記載の光検知素子。
10. 絶縁層をさらに有し、
    前記絶縁層は、前記磁性素子の側壁のうち前記スペーサ層の前記第２強磁性層側の下端より下方の部分を少なくとも被覆する、請求項１～９のいずれか一項に記載の光検知素子。
11. 前記第１高熱伝導層は、絶縁体である、請求項１～７のいずれか一項に記載の光検知素子。
12. 前記第１高熱伝導層の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい、請求項１１に記載の光検知素子。
13. 前記第１高熱伝導層は、炭化ケイ素、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素を含む、請求項１１又は１２に記載の光検知素子。
14. 前記第１高熱伝導層と前記第２電極との間に高抵抗率層をさらに有し、
    前記高抵抗率層は、前記第１高熱伝導層より抵抗率が大きい、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の光検知素子。
15. 前記第１高熱伝導層と前記第２電極との間に低誘電率層をさらに有し、
    前記低誘電率層は、前記第１高熱伝導層より誘電率が低い、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の光検知素子。
16. 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たスペーサ層と、を備える磁性素子と、
    前記第１強磁性層の外側にあり、非磁性体の金属である第１高熱伝導層と、を備える、光検知素子。
17. 前記第１高熱伝導層は、銅、金、又は銀を含む、請求項１６に記載の光検知素子。
18. 請求項１～１７のいずれか一項に記載の光検知素子を有する受信装置。
19. 請求項１～１７のいずれか一項に記載の光検知素子を有する光センサー装置。

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