(57)【要約】【課題】応答速度が速く、画素の微小化による精細な光変調を可能とする光変調素子、この光変調素子を用いて構成される光変調器、この光変調器を用いて構成される表示装置、ホログラフィ装置及びホログラム記録装置を提供する。【解決手段】光変調素子１１は、固定磁化膜層２２と、非磁性中間膜層２３と、自由磁化膜層２４とがこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有し、固定磁化膜層２２と自由磁化膜層２４における磁気の方向が膜面に垂直な方向であり、自由磁化膜層２４における磁化状態を変化させることによって自由磁化膜層２４へ入射する光の偏光方向に対してその反射光または透過光の偏光方向を変化させる光変調素子１１であって、固定磁化膜層２２は、コバルト膜層と白金膜層とが交互に積層された構造を有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定磁化膜層と、非磁性中間膜層と、自由磁化膜層とがこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有し、前記固定磁化膜層と前記自由磁化膜層における磁気の方向が膜面に垂直な方向であり、前記自由磁化膜層における磁化状態を変化させることによって前記自由磁化膜層へ入射する光の偏光方向に対してその反射光または透過光の偏光方向を変化させる光変調素子であって、
前記固定磁化膜層は、コバルト膜層と白金膜層とが交互に積層された構造を有することを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
前記自由磁化膜層が、コバルト膜層と白金膜層とが交互に積層された構造を有し、前記自由磁化膜層を構成する白金膜層の１層の厚さが、前記固定磁化膜層を構成する白金膜層の１層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項３】
前記自由磁化膜層は、希土類元素と遷移元素との金属間化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光変調素子。
【請求項４】
前記固定磁化膜層の下側に、５ｎｍ以上の厚さの白金膜層からなる下地層を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光変調素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光変調素子が二次元アレイ状に配置されてなることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項５に記載の光変調器と、
前記光変調器から出射した光を投影するスクリーンと、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
物体光と参照光とによって形成された干渉縞を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段に記録された画像信号を前記請求項５に記載の光変調器を用いて再生する画像再生手段と、を具備することを特徴とするホログラフィ装置。
【請求項８】
所定の情報を２系統の光を用いて記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、
前記請求項５に記載の光変調器と、
前記２系統の光が前記記録媒体に入射する際の当該記録媒体での状態変化を位相情報として検出する撮像手段と、を備え、
前記撮像手段が検出した前記位相情報に基づき、前記２系統の光のうちの少なくとも１系統の光変調を前記光変調器を用いて行うことを特徴とするホログラム記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向の変化を利用した光変調素子、この光変調素子を用いた光変調器、この光変調器を用いた表示装置、ホログラフィ装置及びホログラム記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の位相や振幅を空間的に変調する光学素子は、ホログラフィ等の画像露光装置に応用され、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。また、２次元で並列に光情報を処理することができるため、光情報処理技術等への応用も研究されている。
【０００３】
代表的な空間光変調器（ＳＬＭ）として、液晶パネルを用いたものが挙げられる。この液晶パネルは、油状で透明な液晶材料が２枚の透明な基板で挾まれた構造をしており、透明な基板としては、主にガラスが用いられることが多いが、プラスチックを用いることもある。透明基板の内面には、液晶に電圧を印加する電極として透明電極が設けられており、透明電極の材料には、抵抗値が低く形状を作製するのが容易なインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）が広く用いられている。しかしながら、液晶パネルにおけるＳＬＭは、ピクセルサイズが数μｍ以下の微細化は困難であり、応答時間も数十μｓ程度と非常に遅い。
【０００４】
そこで、微細化の問題と応答速度の問題を解決するために、特許文献１あるいは特許文献２に示すような、磁性ガーネットのファラデー効果を利用した高速応答の磁気光学式空間光変調器（ＭＯＳＬＭ）の例が開示されている。
【０００５】
特許文献１に記載された磁気光学式空間光変調器は、各ピクセルに対応した領域毎に個別に光反射膜を形成し、局所熱処理と光反射膜により印加される応力とで各ピクセル間が磁気的に分離したＭＯＳＬＭ、あるいは各ピクセルの外形に一致するようにＸＹ駆動ラインを形成し、局所熱処理とＸＹ駆動ラインにより印加される応力とで各ピクセル間が磁気的に分離されているＭＯＳＬＭであり、ピクセル間の距離をピクセルサイズ以下に狭めることが可能となる。そして、磁性ガーネットがシングルドメイン構造を形成されていれば、ＸＹ駆動ラインにパルス電流を印加することによって、磁性ガーネットの磁化を反転させることができる。
【０００６】
また、特許文献２に記載された磁気光学式空間光変調器は、磁性ガーネット膜中に、それぞれ独立に磁化方向を設定できファラデー効果により入射光に対して磁化方向に応じた偏光方向の回転を与える多数のピクセルが２次元的に間隙をあけて配列されており、各ピクセルの磁化方向を個別に制御するための磁界を発生するＸＹ駆動ラインを備えている。そして、ＸＹ駆動ラインヘの通電が合致したピクセルに対して合成磁界を印加し、選択的に磁化反転をする構造となっている。
【０００７】
なお、非特許文献１においては、本発明と同様にスピン注入磁化反転素子を複数個並べて画素を形成し、縦カー効果を測定することによって電流パルスによる光変調動作を検証する実験が報告されている。
【特許文献１】２００５−７０１０１号公報（段落００１６〜００２５）
【特許文献２】２００５−２２１８４１号公報（段落００１３、００１４）
【非特許文献１】K.Aoshima  et.a1，"Spin  transfer  switching  incurrent-perpendicular-to-plane spin valve observed by magneto-oPtical Kerr effectusing visible Hght.” ， Appl.Phys.Lett.91，052507(2007)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に示すＭＯＳＬＭにおいては、ＸＹ駆動ラインをピクセルの外周に沿って配する構造となっているために、ピクセルにおける数μｍ以下の微細化を図るには、十分ではないという問題がある。特許文献２に示すＭＯＳＬＭでは、電流による合成磁界を利用するために、ピクセルの微細化をすると、隣接ピクセルヘのクロストークが大きくなるという問題がある。非特許文献１に示す素子においては、磁性膜に面内磁気異方性の材料を用いているために、光変調素子で反射した偏光のカー回転角が小さいという問題がある。そのため、これらの技術においては、高精細な光変調を高速に行うには不十分という問題がある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、応答速度が速く、画素の微小化による精細な光変調を可能とする光変調素子、この光変調素子を用いて構成される光変調器、この光変調器を用いて構成される表示装置、ホログラフィ装置及びホログラム記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光変調素子は、固定磁化膜層と、非磁性中間膜層と、自由磁化膜層とがこの順序で積層されたスピン注入磁化反転素子構造を有し、前記固定磁化膜層と前記自由磁化膜層における磁気の方向が膜面に垂直な方向であり、前記自由磁化膜層における磁化状態を変化させることによって前記自由磁化膜層へ入射する光の偏光方向に対してその反射光または透過光の偏光方向を変化させる光変調素子であって、前記固定磁化膜層は、コバルト膜層と白金膜層とが交互に積層された構造を有することを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、本発明に係る光変調素子では、自由磁化膜層の磁化方向を膜面に対して垂直にしているために、入射角を小さくして光の入射方向と磁気の方向とを平行に近づけることが容易となるため、大きな光磁気効果を得ることができる。さらに、固定磁化膜層がコバルト膜層と白金膜層を交互に積層した多層構造で形成されることで、固定磁化膜層の保磁力を自由磁化膜層よりも大きくすることができる。そのため、自由磁化膜層におけるスピン注入磁化反転動作（自由磁化膜層における磁化の向きの反転と維持）が安定する。
【００１２】
本発明に係る光変調素子は、前記自由磁化膜層が、コバルト膜層と白金膜層とが交互に積層された構造を有し、前記自由磁化膜層を構成する白金膜層の１層の厚さが、前記固定磁化膜層を構成する白金膜層の１層の厚さよりも薄いことが好ましい。
あるいは、前記自由磁化膜層は、希土類元素と遷移元素との金属間化合物であることが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、白金膜層の厚さが薄い方が、保持力は小さく、白金膜層の厚さを厚くすると、保持力が大きくなるため、自由磁化膜層を構成する白金膜層の１層の厚さを、前記固定磁化膜層を構成する白金膜層の１層の厚さよりも薄くすることで、固定磁化膜層の保磁力を自由磁化膜層よりも、さらに大きくすることができる。
また、希土類元素と遷移元素との金属間化合物は、薄い膜厚でも大きな光磁気効果（カー効果）を示すため、自由磁化膜層を、このような金属間化合物とすることで、光磁気効果（磁気 カー効果）を大きくすることができ、さらに、自由磁化膜層が低飽和磁化（ＭＳ）となり、ＭＳの大きさに比例する磁化反転電流密度ＪＣを低減することができる。
【００１４】
本発明に係る光変調素子は、前記固定磁化膜層の下側に、５ｎｍ以上の厚さの白金膜層からなる下地層を設けることが好ましい。
このような構成によれば、５ｎｍ以上の厚さの白金膜層からなる下地層を設けることで、固定磁化膜層の保磁力がさらに大きくなり、固定磁化膜層の保磁力を自由磁化膜層よりも、さらに大きくすることができる。
【００１５】
本発明に係る光変調器は、このような光変調素子が二次元アレイ状に配置されてなることを特徴とする。
本発明に係る光変調素子は、ピクセルの微細化が可能で高速応答性を有するため、このような構成によれば、高精細な光変調を高速に行うことができる。
【００１６】
本発明に係る表示装置は、前記した光変調器と、この光変調器から出射した光を投影するスクリーンとを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、速い表示速度で高精細な画像・映像表現が可能となる。
【００１７】
本発明に係るホログラフィ装置は、物体光と参照光とによって形成された干渉縞を撮影する撮像手段と、前記撮像手段に記録された画像信号を前記した光変調器を用いて再生する画像再生手段と、を具備することを特徴とする。
このような構成によれば、速い表示速度で高精細な立体画像を再現することができる。
【００１８】
本発明に係るホログラム記録装置は、所定の情報を２系統の光を用いて記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、前記した光変調器と、前記２系統の光が前記記録媒体に入射する際の当該記録媒体での状態変化を位相情報として検出する撮像手段と、を備え、前記撮像手段が検出した前記位相情報に基づき、前記２系統の光のうちの少なくとも１系統の光変調を、前記光変調器を用いて行うことを特徴とする。
このような構成によれば、記録の多重度を格段に向上させることができ、また、前記２系統の光の光変調を、それぞれ前記光変調器を用いて行うことにより、記録の多重度をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光変調素子では、固定磁化膜層の保磁力を自由磁化膜層よりも大きくすることができるため、自由磁化膜層において、安定したスピン注入磁化反転動作を行うことができる。そのため、高精細な光変調を高速に行うことができる。また、本発明によれば、このような光変調素子の特性に起因するピクセルサイズ２μｍ以下で応答速度が数十ｎｓ〜数ｐｓ程度の高精細な光変調特性と高速応答性とを備えた光変調器や表示装置、ホログラフィ装置、ホログラム記録装置を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る光変調器では、高精細な光変調を高速に行うことができる光変調素子を用いるため、ピクセルサイズ２μｍ以下で応答速度が数十ｎｓ〜数ｐｓ程度の高精細・高速応答を実現することができる。
【００２１】
本発明に係る表示装置では、画像・映像表現において、高精細とすることができ、また、表示速度を速くすることができる。本発明に係るホログラフィ装置では、立体画像の再現において、高精細とすることができ、また、表示速度を速くすることができる。本発明に係るホログラム記録装置では、記録の多重度を格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
《光変調器》
＜全体構造＞
図１（ａ）に本発明の一実施形態に係る光変調器の概略構成を模式的に表した平面図を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ断面図を示し、図１（ｃ）に光変調器に用いられている光変調素子の構造を模式的に表した図を示し、図２に光変調素子の具体的な構造を模式的に表した図を示す。
【００２３】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る光変調素子は、自由磁化膜層における磁化状態を変化させることによって、前記自由磁化膜層へ入射する光の偏光方向に対してその反射光の偏光方向を変化させるものである。
【００２４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、光変調器（空間光変調器）１０は、基板１４と、基板１４上に一定間隔で平行に設けられた帯状の下部電極１３と、下部電極１３上に一定間隔で設けられた光変調素子１１と、下部電極１３とで光変調素子１１を挟むように一定間隔で平行に設けられた帯状の上部透明電極１２と、を備えている。また、後記するように、上部透明電極１２の上方には、ハーフミラー１６、偏光フィルタ１７、１８が配置されており、光変調素子１１からの反射光をハーフミラー１６で反射させ、反射光の偏光面の角度に応じて、偏光フィルタ１８が、その反射光を透過し或いは遮光する（図３参照）。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、この光変調器１０の駆動（動作）は制御装置８０によって制御され、制御装置８０は、複数の下部電極１３の中から電圧を印加する電極を選択する下部電極選択部８２と、複数の上部透明電極１２の中から電圧を印加する電極を選択する上部電極選択部８３と、下部電極選択部８２と上部電極選択部８３とに電力を供給する電源８１と、下部電極選択部８２と上部電極選択部８３及び電源８１の動作制御を司る制御部８４とを備えている。以下、各構成要素について説明する。
【００２６】
＜基板＞
基板１４は、下部電極１３、光変調素子１１及び上部透明電極１２を形成するための土台となるものである。光変調器１０では、後記するように、光変調素子１１に入射した後に反射される光を利用するため、第１実施形態においては、基板１４に透光性は要求されず、下部電極１３、光変調素子１１及び上部透明電極１２を形成（成膜）する際の成膜環境に耐えられるものであればよい。したがって、基板１４としては、シリコン基板、プラスチック基板、Ｓｉウエハ、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。
【００２７】
＜下部電極＞
下部電極１３は、光変調素子１１に電圧を印加するための一対の電極の片方の電極である。光変調器１０では、ここでは、光変調素子１１を縦横に一定間隔で二次元配置する構成としているため、下部電極１３は、帯状の形状を有し、一定幅かつ一定間隔で基板１４上に設けられている。下部電極１３を構成する材料としては、安価で導電性に優れた銅（Ｃｕ）が好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）等の貴金属を用いてもよい。なお、第１実施形態においては、基板１４に透光性は要求されないが、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の透明電極材料を用いてもよい。下部電極１３の幅は、下部電極１３上に形成する光変調素子１１の形状に合わせて、適宜、定められる。
【００２８】
＜上部透明電極＞
上部透明電極１２は、光変調素子１１に電圧を印加するための一対の電極の片方の電極である。光変調器１０では、縦横に一定間隔で二次元配置された光変調素子１１の中から選ばれる任意の素子に電圧を印加することができるように、上部透明電極１２は、一定幅の帯状形状を有し、その長手方向が下部電極１３の長手方向と直交するように、一定間隔で平行に配置されている。上部透明電極１２としては、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の透明電極材料が好適に用いられる。
【００２９】
＜光変調素子＞
光変調素子１１は、下部電極１３と上部透明電極１２との間に一定の電圧を印加したときに、光変調素子１１に入射した入射光の偏光面をカー効果により一定角度回転させて反射する役割を担う。光変調素子１１の平面視（図１（ａ））での大きさは、例えば、１００ｎｍ×３００ｎｍの大きさからなり、光変調器１０では、光変調素子１１は、二次元マトリックス状（縦横に一定間隔で二次元配置された状態）に配置されており、１個の光変調素子１１が１画素となっているが、光変調素子１１は２個以上から構成されていてもよい。光変調素子１１の形状は長方形（矩形）に限定されるものではない。光変調素子１１同士の間隔は、上部透明電極１２、下部電極１３及び光変調素子１１の成膜技術（後述するように、半導体製造プロセスが好適に用いられる）の精度に依存し、適宜、定められる。
【００３０】
光変調素子１１としては、所謂、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ  −  Ｇｉａｎｔ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）型またはトンネル電流型の磁気抵抗素子（ＭＲ素子）構造を有するものが用いられ、図１（ｃ）に示すように、下部電極１３側から、下地層２１、固定磁化膜層２２、非磁性中間膜層２３、自由磁化膜層２４、保護膜層２５が逐次積層された構造を有しており、保護膜層２５上に上部透明電極１２が設けられる。光変調器１０は、このような光変調素子１１を二次元マトリックス状に配置することにより、メサ構造を有する。なお、ここでは、下地層２１、固定磁化膜層２２、非磁性中間膜層２３、自由磁化膜層２４、保護膜層２５からなる光変調素子１１を図示しているが、下地層２１、保護膜層２５は、必要に応じて設ければよい。なお、図１（ｃ）では、下地層２１、固定磁化膜層２２、非磁性中間膜層２３、自由磁化膜層２４、保護層２５の順に積層した場合を図示したが、下地層２１、自由磁化膜層２４、非磁性中間膜層２３、固定磁化膜層２２、保護層２５の順に積層して、固定磁化膜層２２と自由磁化膜層２４を入れ替えた膜構成としてもよい。
【００３１】
［下地層］
下地層２１は、必要に応じて、固定磁化膜層２２の下側、すなわち、固定磁化膜層２２と下部電極１３の間に設けられる層であり、５ｎｍ以上の厚さの白金膜層からなるものである。固定磁化膜層２２の下地として下地層を挿入することで、固定磁化膜層２２の保磁力を増大することができ、より安定したスピン注入磁化反転動作をさせることができる。なお、下地層２１の厚さは、図１２に示すように、厚くし過ぎても保磁力が飽和する傾向があるため、１０ｎｍ以下が好ましい。
【００３２】
［固定磁化膜層］
固定磁化膜層２２は、自由磁化膜層２４と共に、垂直磁気異方性を有する材料を使用し、画素を構成する光変調素子１１に対して垂直な方向に光を入射及び反射させる極カー効果を用いる。磁気カー効果を最大限に得ることができる入射光の方向は、磁化の方向と平行な方向であるため、垂直磁気異方性を持つことで、自由磁化膜層２４の膜面に垂直な方向から光変調素子１１に光を入射及び反射させることができ、極カー効果を大きくすることができる。
【００３３】
つまり、磁気カー効果の大きさは入射する光の波数ベクトルと磁性体の磁化ベクトルとのスカラー積に比例するため、一般に極カー効果は、スピン注入光変調素子の膜面に対して斜め方向から入射させる縦カー効果や横カー効果に比べて大きなカー回転角(θＫ)を得ることができる。したがって、面内磁化に比べて、θＫを増大することができるため、光変調器１０としての性能を向上させることができる。
【００３４】
図２に示すように、固定磁化膜層２２は、コバルト膜層と白金膜層を交互に積層した多層構造（以下、「Ｃｏ／Ｐｔ多層膜」という）とする。Ｃｏ／Ｐｔ多層膜は、所謂、人工格子膜の１つであり、コバルト膜層単層では磁化は面内に向くのに対し、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜では、コバルト膜層の磁化が膜面と垂直な方向に向く。また、白金膜層の厚さが薄い方が、保持力は小さく、白金膜層の厚さを厚くすると、保持力が大きくなる。そして、固定磁化膜層２２をこのような構造とすることで、固定磁化膜層２２の保磁力を増大させることができ、固定磁化膜層２２の保磁力を、自由磁化膜層２４よりも大きくすることができる。なお、自由磁化膜層２４におけるスピン注入磁化反動作を確実にするためには、固定磁化膜層２２の保磁力は５００[Ｏｅ]以上が好ましい。
【００３５】
ここで、コバルト膜層及び白金膜層の厚さや、コバルト膜層と白金膜層の積層数は、特に限定されるものではないが、コバルト膜層あるいは白金膜層の厚さが薄すぎると、また、積層数が少なすぎると、保磁力が低下し、一方、コバルト膜層あるいは白金膜層の厚さが厚すぎると、また、積層数が多すぎると、垂直磁気異方性が劣化する。したがって、コバルト膜層の厚さは、０．４〜１．５ｎｍが好ましく、白金膜層の厚さは、０．８〜１．５ｎｍが好ましく、コバルト膜層と白金膜層の積層数は、コバルト膜層と白金膜層を一組として、３〜２０が好ましい。なお、コバルト膜層と白金膜層の積層順序は特に規定されるものではなく、図２に示すように、コバルト膜層を固定磁化膜層２２の最下部に配置してもよく、白金膜層を最下部に配置してもよい。また、保磁力および垂直磁気異方性の観点から、固定磁化膜層２２の厚さは、１０〜３０ｎｍが好ましい。
【００３６】
なお、後記するように、自由磁化膜層２４もコバルト膜層と白金膜層を交互に積層した多層構造とする場合には、自由磁化膜層２４を構成する白金膜層の１層の厚さを、固定磁化膜層２２を構成する白金膜層の１層の厚さよりも薄くする。このような構造とすることで、固定磁化膜層２２の保磁力がさらに増大し、固定磁化膜層２２の保磁力を、自由磁化膜層２４よりも、さらに大きくすることができる。
【００３７】
また、固定磁化膜層２２と非磁性中間膜層２３の界面に配置される層である界面層（第１界面層）Ｓ１は、コバルト膜層で形成するのが好ましい。また、ＣｏＦｅＢ合金を用いてもよい。ＣｏＦｅＢ合金を用いることで、後記する非磁性中間膜層２３にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアモルファス絶縁体を用いてトンネル電流を流すことやマグネシア（ＭｇＯ）の（１００）結晶と組み合わせてコヒーレントなトンネル電流を流すことにより、駆動電流を低減することができる。これは、非磁性中間膜層２３に極薄絶縁層（膜厚０．５〜１．５ｎｍ）を用いたＴＭＲ構造の場合、固定磁化膜層２２と非磁性中間膜層２３の間、および自由磁化膜層２４と非磁性中間膜層２３の間のスピン偏極率がそれぞれ駆動電流低減に大きく寄与するためである。例えば、界面層にコバルト膜層（Ｃｏ）、非磁性中間膜層２３にＭｇＯを用いたＣｏ／ＭｇＯ／Ｃｏ接合では、ＣｏとＭｇＯ間でのスピン偏極が非常に大きくなり、理論的には大幅な電流低減を図ることが可能となる。なお、第１界面層Ｓ１の厚さは、固定磁化膜層２２を構成するコバルト膜層の１層の厚さに等しくする必要はなく、０．１〜１ｎｍの範囲であれば、固定磁化膜層２２の垂直磁気異方性は劣化しない。
【００３８】
［非磁性中間膜層］
非磁性中間膜層２３は、固定磁化膜層２２と自由磁化膜層２４の間に配置されるものである。光変調素子１１がＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気抵抗素子の場合には、非磁性中間膜層２３として、非磁性金属が用いられる。非磁性中間膜層２３は、自由磁化膜層２４と固定磁化膜層２２の磁化状態を分離するために必要であり、自由磁化膜層２４と固定磁化膜層２２との間でスピン偏極した電子をやり取りする際の通路として機能する。
たとえば、下部電極１３、固定磁化膜層２２、非磁性中間層２２、自由磁化膜層２２、上部透明電極１２の順に積層された素子において、上部透明電極１２が正の電圧となるように下部電極１３と上部透明電極１２間に電圧を印加すると、下部電極１３から注入された電子は固定磁化膜層２２の内部で固定磁化膜層２２の磁化方向にスピンを揃え（スピン偏極）、そのスピン偏極した電子が非磁性中間層２３内をスピンを保持したまま通過し、自由磁化膜層２４に注入される。自由磁化膜層２４の内部では、自由縞膜層２４の磁化方向を決定づける内部電子と注入されたスピン偏極電子との相互作用により、局所的なスピントルクという力が生じて自由磁化膜層２４内の磁化方向を決定づける内部電子のスピンを反転させるために、結果として自由磁化膜層２４の磁化方向が反転する。このように、非磁性中間層２３はスピンの通路として機能するため、スピン軌道相互作用が小さく、スピン拡散長（スピンを保持する距離）の長い材料を用いるのが望ましい。非磁性金属材料の場合にはＣｕやＡｌなどが望ましく、ＺｎＯなどの半導体材料を用いてもよい。また、その厚さは、スピン偏極した電子がスピン状態を十分に保ったまま流れるように、１〜１０ｎｍが好ましい。
【００３９】
また、非磁性中間膜層２３としては、マグネシア（ＭｇＯ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁体を用いることができる。その場合、光変調素子１１の構造は、トンネル電流型の磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）となる。
【００４０】
［自由磁化膜層］
自由磁化膜層２４は、上部透明電極１２と下部電極１３との間に印加される電圧の向きに応じて（つまり、光変調素子１１を流れる電流の向きに応じて）、注入される電子のスピンと自由磁化膜層２４内の電子スピンとの相互作用により自由磁化膜層２４内の磁化の向きが反転するものである。自由磁化膜層２４は、固定磁化膜層２２と共に、垂直磁気異方性を有する材料を使用する。
【００４１】
図２に示すように、自由磁化膜層２４は、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜とするのが好ましい。また、この場合、前記したように、白金膜層の厚さが薄い方が、保磁力は小さく、白金膜層の厚さを厚くすると、保磁力が大きくなるため、自由磁化膜層２４を構成する白金膜層の１層の厚さが、固定磁化膜層２２を構成する白金膜層の１層の厚さよりも薄くする。なお、保磁力は、印加する電流の向きを変えたときの磁化の向きの反転が容易に起こるように、固定磁化膜層２２の保磁力よりも小さくする必要がある。ただし、あまり小さくすると外部磁界や温度の影響で反転してしまう可能性もあるため、保磁力の大きさは２００[Ｏｅ]以上が好ましい。
【００４２】
コバルト膜層及び白金膜層の厚さや、コバルト膜層と白金膜層の積層数は、特に限定されるものではないが、コバルト膜層あるいは白金膜層の厚さが薄すぎると、また、積層数が少なすぎると、保磁力が低下し、一方、コバルト膜層あるいは白金膜層の厚さが厚すぎると、また、積層数が多すぎると、垂直磁気異方性が劣化する。したがって、コバルト膜層の厚さは、０．２〜０．５ｎｍが好ましく、白金膜層の厚さは、０．８〜１．０ｎｍが好ましく、コバルト膜層と白金膜層の積層数は、コバルト膜層と白金膜層を一組として、１〜８が好ましい。また、保磁力および垂直磁気異方性の観点から、自由磁化膜層２４の厚さは、２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００４３】
あるいは、自由磁化膜層２４は、希土類元素と遷移元素との金属間化合物で構成してもよい。このような金属間化合物は、薄い膜厚でも電圧が印加された際に大きな磁気カー効果を示し、大きなカー回転角(θＫ)を得ることができる。より具体的には、ＧｄＦｅ（例えば、Ｇｄ３０Ｆｅ７０）やＴｅＦｅＣｏ（例えば、Ｔｅ３２．１Ｆｅ５８．１Ｃｏ９．８）等（数値は元素比〔ａｔ％〕）を示す）が好適に用いられる。これらの金属間化合物は、成膜が容易な点での利点をも有している。これらの合金を用いることで、低飽和磁化（ＭＳ）の自由磁化膜層２４を形成することができる。したがって、ＭＳの大きさに比例する磁化反転電流密度ＪＣを低減することができる。
【００４４】
なお、ＧｄＦｅでは、ＧｄとＦｅの磁気モーメントが互いに反対に向き合い、その組成によって、全磁気モーメントがＧｄの磁気モーメントの向きになるか、Ｆｅの磁気モーメントの向きになるのかが決まる。例えば、Ｇｄ３０Ｆｅ７０の場合には、全磁気モーメントはＧｄの磁気モーメントの方向に向く。
【００４５】
また、希土類元素の化学的・物理的性質の類似を利用すれば、遷移金属との組み合わせによる材料変更は比較的容易であるが、希土類元素としては、得られる磁気的性質が同等である場合には、原料コストや成膜性に優れた材料を用いることが好ましい。
【００４６】
また、自由磁化膜層２４と非磁性中間膜層２３の界面に配置される界面層（第２界面層）Ｓ２は、コバルト膜層で形成するのが好ましい。また、前記した非磁性中間膜層２３にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアモルファス絶縁体を用いてトンネル電流を流すことやマグネシア（ＭｇＯ）の（１００）結晶と組み合わせてコヒーレントなトンネル電流を流すことによって、駆動電流を低減できるＣｏＦｅＢ合金を用いてもよい。なお、第２界面層Ｓ２の厚さは、自由磁化膜層２４を構成するコバルト膜層の１層の厚さに等しくする必要はなく、０．１〜１ｎｍの範囲であれば、自由磁化膜層２４の垂直磁気異方性は劣化しない。
【００４７】
［保護膜層］
保護膜層２５は、必要に応じて、自由磁化膜層２４の上側、すなわち、自由磁化膜層２４と上部透明電極１２の間に設けられる層である。保護膜層２５は、自由磁化膜層２４の酸化等のダメージを防止する役割を担う層であり、特に、光変調素子１１を形成する際の熱処理（後記する）における自由磁化膜層２４の酸化を防止する。また、保護膜層２５を構成する材料には、熱処理の際に自由磁化膜層２４を構成する材料と反応しない性質が求められる。さらに、保護膜層２５には、透光性に優れ、自由磁化膜層２４の磁気カー効果を低下させない特性（換言すれば、入射光と反射光の偏光面を散乱させない特性）を有していることが要求される。このような要求を満たす材料として、Ｔａ、Ｒｕ等を用いることができる。特にＲｕは、それ自体が酸化されても抵抗率が増大しないため本発明の光変調素子１１に用いることが好ましい。また、同様な理由からＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等における磁気抵抗素子の保護層に用いることもできる。
【００４８】
＜制御装置＞
下部電極選択部８２は、複数の下部電極１３にそれぞれ対応して設けられた複数のスイッチング素子から構成される。上部電極選択部８３もこれと同様に、複数の上部透明電極１２にそれぞれ対応して設けられた複数のスイッチング素子から構成される。各スイッチング素子へは電源８１から一定電圧が供給されており、駆動対象となる光変調素子１１に下部電極１３を介して接続されているスイッチング素子及び上部透明電極１２を介して接続されているスイッチング素子が、制御部８４からの指令（動作信号）を受けて導通動作を行うことにより、その光変調素子１１に電圧が印加される。駆動対象となっている光変調素子１１の選択と、この光変調素子１１を駆動するためにスイッチング素子の動作制御は、制御部８４によって行われる。
【００４９】
電源８１は電圧反転機能を備えている。つまり、下部電極１３に正電圧を印加すると共に、上部透明電極１２に負電圧を印加することができ、逆に、下部電極１３に負電圧を印加すると共に、上部透明電極１２に正電圧を印加することもできるようになっている。この電源８１の電圧反転機能の制御もまた制御部８４により行われる。制御部８４は、所謂、コンピュータであり、図示しない中央演算装置がＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、電源８１、下部電極選択部８２及び上部電極選択部８３の動作制御が行われる。
【００５０】
＜偏光フィルタ＞
図３（ａ），（ｂ）において、偏向軸７０で示される光では、偏向軸は、ランダムな方向に向いている。偏光フィルタ１７は、光変調素子１１へ入射する光が偏光軸７１で示される所定方向となるように、偏向軸を揃える役割を果たす。偏光フィルタ１８は、ハーフミラー１６で反射させた光変調素子１１からの反射光を、その偏光軸の角度によって、透過させたり遮光したりする役割を果たす。この図３（ａ），（ｂ）に示されている状態について、図３を参照して以下に説明する。
【００５１】
＜光変調素子の駆動＞
図３に第１実施形態における光変調素子への電圧印加形態と自由磁化膜層の磁気カー効果との関係を模式的に表した図を示す。図３（ａ），（ｂ）には、それぞれ、下部電極１３と上部透明電極１２とに印加する電圧の正負が逆にされた形態が示されている。図３（ａ），（ｂ）に示す下地層２１、固定磁化膜層２２及び自由磁化膜層２４の各層内に示される矢印は磁化の向き（スピンの向き）を表している。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、上部透明電極１２と下部電極１３との間で電流が上部透明電極１２側から下部電極１３側へと膜層面に垂直に流れるようにした場合には、自由磁化膜層２４における磁化（スピン）の向きは、固定磁化膜層２２における磁化の向きと同じになる。一方、図３（ｂ）に示すように、下部電極１３側から上部透明電極１２側へと膜層面に垂直に電流が流れるようにした場合には、自由磁化膜層２４における磁化の向きは、固定磁化膜層２２における磁化の向きとは逆になる。このように、上部透明電極１２と下部電極１３との間で流す電流の向きによって、自由磁化膜層２４における磁化の状態が変化する。この磁化の状態変化は、数ｎｓ〜数十ｎｓ（ｎｓ：ナノ秒）と極めて高速である。なお、流す電流の大きさは、光変調素子１１の面積によって変わってくるが、非磁性中間膜層２３にＣｕ等の金属薄膜を使用したＣＰＰ−ＧＭＲ構造である場合、磁化反転に必要な電流密度は、約１０７〜１０８Ａ／ｃｍ２台となる。また、非磁性中間膜層２３にＭｇＯ等の極薄絶縁層を用いたＴＭＲ構造である場合、上記値より一桁程度低い値になる。
【００５３】
偏光フィルタ１７を通過することにより偏光軸７１で示される所定の偏光軸を有する入射光が、図３（ａ），（ｂ）に示す各光変調素子１１へ入射すると、自由磁化膜層２４によるカー効果により、偏光方向が所定角度回転した反射光となって、各光変調素子１１から射出される。ここでは、カー回転角について、図３（ａ）の光変調素子１１の場合のように、偏光軸７２で示される右回転が生じる方向を「正方向（＋方向、＋θ）」とし、図３（ｂ）の光変調素子１１の場合のように、偏光軸７２で示される左回転が生じる方向を「負方向（−方向、−θ）」とする。
【００５４】
そこで、反射光の進行方向に、ハーフミラー１６を配置すると、反射光は、ハーフミラー１６で反射する。そして、ハーフミラー１６での反射光の進行方向に、偏光フィルタ１８として偏光軸７２と平行な偏光軸を有するものを配置すると、図３（ａ）の場合の反射光は偏光フィルタ１８を通過することができるが、図３（ｂ）の場合の反射光は偏光フィルタ１８を通過することができない状態を作り出すことができる。光変調器１０は、前記の通りに上部透明電極１２と下部電極１３とを選択的に駆動（電圧印加）して所望の光変調素子１１に電流を流すことができるようになっているため、光変調素子１１毎に（画素毎に）自由磁化膜層２４の磁化の向きを電流の向きによって制御し、偏光フィルタ１８を通過可能な反射光とするか通過不能な反射光とするかによって、反射光の強弱（コントラスト）を制御することができる。
【００５５】
また、自由磁化膜層２４による磁気カー効果の大きさ（カー回転角の大きさ）によって反射光のコントラストの強弱比が決まる。図３（ａ），（ｂ）に示すように、反射光を透過するかまたは遮光するかの状態の場合（つまり、カー回転角が一定角度以上ある場合）には、高いコントラストを得ることができるが、カー回転角が小さい場合には、低コントラストとなる。なお、図３（ａ）のように自由磁化膜層２４の磁化の向きが上向きである場合に光検出器の出力が「明状態」となり、逆に図３（ｂ）のように自由磁化膜層の磁化の向きが下向きである場合には「暗状態」となる。
【００５６】
このように、自由磁化膜層２４の磁化の向きは、パルス電流を流す向きによって制御することができるため、パルス電流によって反射する光の偏光面を制御する光変調素子１１として動作させることができる。なお、パルス印加後の磁化の向きはそのまま保持され、別途電流を流したり、電圧を印加したりする必要はない。すなわち、本発明の光変調素子１１は自らメモリ機能を有する。
【００５７】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る光変調素子は、自由磁化膜層における磁化状態を変化させることによって前記自由磁化膜層へ入射する光の偏光方向に対してその透過光の偏光方向を変化させるものである。すなわち、入射光を、入射光が入射する側とは反対側に透過させ、透過光の偏光を検出するファラデー効果を利用するものである。
【００５８】
第２実施形態では、偏光フィルタ１８を入射光が入射する側とは、反対側に配置する（図４（ａ），（ｂ）参照）。
光変調素子１１は、下部電極１３と上部透明電極１２との間に一定の電圧を印加したときに、光変調素子１１に入射した入射光の偏光面をファラデー効果により一定角度回転させて透過する役割を担う。
【００５９】
そして、入射光を透過させるため、基板１４や、下部電極１３も、透過性を有する必要がある。そのため、基板１４としては、石英ガラス等の透過性に優れた基板を用いる。下部電極１３としては、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の透明電極材料を用いてもよいし、Ｃｕ等の金属膜も、薄膜であれば、一定の透過性が得られるので、用いることが可能である。
その他の構成については、第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００６０】
＜光変調素子の駆動＞
図４に第２実施形態における光変調素子への電圧印加形態と自由磁化膜層のファラデー効果との関係を模式的に表した図を示す。図４（ａ），（ｂ）には、それぞれ、下部電極１３と上部透明電極１２とに印加する電圧の正負が逆にされた形態が示されている。
なお、自由磁化膜層２４における磁化の向きについての説明は、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６１】
偏光フィルタ１７を通過することにより偏光軸７１で示される所定の偏光方向を有する入射光が、図４（ａ），（ｂ）に示す各光変調素子１１へ入射すると、自由磁化膜層２４によるファラデー効果により、偏光方向が所定角度回転した透過光となって、各光変調素子１１から射出される。ここでは、図４（ａ）の光変調素子１１の場合のように、偏光軸７２で示される右回転が生じる方向を「正方向（＋方向、＋θ）」とし、図４（ｂ）の光変調素子１１の場合のように、偏光軸７２で示される左回転が生じる方向を「負方向（−方向、−θ）」とする。
【００６２】
そこで、透過光の進行方向に、偏光軸７２と平行な偏光軸を有する偏光フィルタ１８を配置すると、図４（ａ）の場合の透過光は偏光フィルタ１８を通過することができるが、図４（ｂ）の場合の透過光は偏光フィルタ１８を通過することができない状態を作り出すことができる。こうして、偏光フィルタ１８を通過する透過光を、光変調素子１１ごとに（画素毎に）自由磁化膜層２４の磁化の向きを電流の向きによって制御し、偏光フィルタ１８を通過可能な透過光とするか通過不能な透過光とするかによって、反射光の強弱（コントラスト）を制御することができる。
その他の説明については、第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００６３】
［その他の実施形態］
図５にその他の実施形態における光変調器に用いられている光変調素子の構造を模式的に表した図を示す。
図５に示すように、光変調素子１１と下部電極１３の間に、防護層６０を設けることが好ましい。
光変調素子１１の製膜後、素子化プロセス時に、大気中での加熱処理（２００℃程度）を施すと、下部電極１３を構成する材料としてＣｕを用いた場合、Ｃｕが固定磁化膜層２２内に拡散し、垂直磁気異方性が劣化し、素子動作のばらつきが発生しやすくなる。
【００６４】
光変調素子１１と下部電極１３の間に防護層６０を設けることで、製膜後の素子化プロセス時に必要な加熱処理を施しても、固定磁化膜層２２における垂直磁気異方性の劣化を確実に防止することができる。そのため、素子動作のばらつきを抑えることができる。防護層６０を構成する材料としては、例えば、Ｔａ、Ｗ、Ｒｕ、Ａｕ等が挙げられる。また、保磁力および垂直磁気異方性の観点から、防護層６０の厚さは、１〜３ｎｍが好ましい。 
【００６５】
また、図５に示すように、自由磁化膜層２４を構成するコバルト膜層の１層の厚さが、固定磁化膜層２２を構成するコバルト膜層の１層の厚さよりも薄くするのが好ましい。コバルト膜層の厚さが薄い方が、保磁力は小さく、コバルト膜層の厚さを厚くすると、保磁力が大きくなる。そのため、このような構造とすることで、固定磁化膜層２２の保磁力がさらに増大し、固定磁化膜層２２の保磁力を、自由磁化膜層２４よりも、さらに大きくすることができる。
【００６６】
＜光変調器の製造方法＞
図６に光変調器の製造方法を模式的に示す。なお、ここでは、下地層２１、保護膜層２５を設ける場合の一例について説明する。
最初に、基板１４の表面にＣｕ等からなる下部電極１３を形成する〔図６（ａ）〕。この下部電極１３の形成は、例えば、基板１４の表面に一様にスパッタリング法等によりＣｕ膜を形成し、Ｃｕ膜上に下部電極１３と同じ線幅のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして基板表面が露出するまでＣｕ膜をドライエッチング等した後、レジストパターンを剥離することにより、行うことができる。また、下部電極１３を形成する領域を溝としたレジストパターンを先に形成し、スパッタ法によりＣｕ膜を形成した後、レジスト膜を剥離するリフトオフ法によって下部電極１３を形成してもよい。ここでは、下部電極としてＣｕを用いる場合を説明したが、基板との密着性を向上させるために、Ｃｕの下地にＴａ、Ｒｕ等を形成してもよい。さらに、プロセスのために大気にさらされてＣｕが酸化し、下部電極の抵抗率が増大することを防ぐために、Ｃｕ表面にＲｕ等の保護層を形成してもよい。
【００６７】
続いて、下部電極１３間の溝をアルミナや酸化珪素等の絶縁材料（絶縁体１５）で埋める〔図６（ｂ）〕。アルミナ膜の形成は、反応性スパッタ法やＣＶＤ法、ゾル−ゲル法等により行うことができ、必要に応じて、ＣＭＰ処理等により下部電極１３を含む表面を平滑にする。こうして形成された表面に、光変調素子１１を構成する下地層２１、固定磁化膜層２２、非磁性中間膜層２３、自由磁化膜層２４、保護膜層２５（図３では各層ごとの表示を省略する）を、この順番で各層ごとに所定の膜厚でスパッタリング法（例えば、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング）等により逐次成膜し、光変調素子１１の層を形成する〔図６（ｃ）〕。固定磁化膜層２２と自由磁化膜層２４の成膜では、例えば、ＣｏスパッタリングターゲットとＰｔスパッタリングターゲットとが装着可能で、これらのターゲットに選択的にスパッタリング電圧を印加することができる構造のスパッタ装置を用いることで、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜を容易に形成することができる。また、マグネトロンスパッタリングやイオンビームスパッタリングの他、１原子層をコントロール可能なＭＢＥ法等も使用できる。
なお、基板１４上に下部電極１３、下地層２１、固定磁化膜層２２、非磁性中間膜層２３、自由磁化膜層２４、保護膜層２５の順に、スパッタリング法等、公知の技術を用いて、真空中で一貫して製膜してもよい。
【００６８】
次に、基板１４上に形成された光変調素子１１に対して、必要に応じて、熱処理を施す。この熱処理は、光変調素子１１の特性を向上させ、また、後に行われるフォトリソグラフィプロセス中における光変調素子１１の特性変化を抑制するために行われる。この熱処理における光変調素子１１の特性低下を抑制する観点から、自由磁化膜層２４の表面に、耐酸化性に優れるＲｕ膜等を保護膜層２５として設けておくことも好ましい。
【００６９】
続いて、熱処理された光変調素子１１の層上に、例えば、１００ｎｍ×３００ｎｍのレジストパターン９１をメサパターンとなるように、ＥＢ露光法等により形成する〔図６（ｄ）〕。このレジストパターン９１をエッチングマスクとして用いて、光変調素子１１の層をエッチングし、その後、レジストパターン９１を除去する〔図６（ｅ）〕。これにより光変調素子１１が形成される。次いで、ＣＶＤ法等により、光変調素子１１間をアルミナや酸化珪素等の絶縁材料（絶縁体１５）で埋め、必要に応じてＣＭＰ処理等により光変調素子１１を含む表面を平滑にする〔図６（ｆ）〕。または、光変調素子１１の層をエッチングあるいはＡｒイオン等によるイオンビームミリング法によって、下部電極１３の手前までミリング加工した後に、このエッチングにより形成された溝をアルミナや酸化珪素等の絶縁材料（絶縁体１５）で埋め、その後にリフトオフ（レジストパターン９１の剥離）するか、またはＣＭＰを行う方法を用いてもよい。ＣＭＰ処理等を行う場合には、光変調素子１１の最上部に形成されている保護膜層２５（あるいは固定磁化膜層２２の最上層）の厚さが所定値となるように、成膜時に研磨厚さ分だけ厚く形成しておいてもよい。
【００７０】
上部透明電極１２を、光変調素子１１が覆われるように、かつ、下部電極１３のラインパターンと直交するように、所定間隔で形成する〔図６（ｇ）〕。この上部透明電極１２の形成は、下部電極１３の形成方法と同様にして行うことができる。このような製造方法を用いれば、微細な光変調素子１１を高密度に配置した光変調器１０を製造することができ、表示速度が速く、高精細な画像及び映像表現が可能となる。
【００７１】
《表示装置》
図７に本発明の実施形態に係る光変調器を用いた表示装置の概略構成図を示す。なお、図７（ａ）は、第１実施形態における光変調器を用いた表示装置の概略構成図、（ｂ）は、第２実施形態における光変調器を用いた表示装置の概略構成図である。図７（ａ），（ｂ）に示すように、この表示装置３０は、光変調器１０を用いたカラー対応の表示装置３０であり、光変調器１０と、ＲＧＢ時分割照明器１９と、偏光フィルタ１７，１８と、スクリーン２９を備えている。なお、図７（ａ）の形態では、ハーフミラー１６を備えている。
【００７２】
ＲＧＢ時分割照明器１９は、光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂ光をそれぞれ放射する発光ダイオードや半導体レーザ等の光源を備えており、Ｒ，Ｇ，Ｂにそれぞれ対応する各光源が１フィールド期間内で順次点灯する構造になっている。例えば、図示しない映像信号送信装置からの信号を受けてＲＧＢ時分割照明器１９を駆動させる。ＲＧＢ時分割照明器１９から射出された光は、偏光軸を揃えるための偏光フィルタ１７を通して光変調器１０に入射し、その際に入射光に対応する光変調素子１１を駆動（電流印加）して磁気カー効果またはファラデー効果による反射光または透過光の偏光方向制御を行う。そして、偏光フィルタ１８は所定の偏光方向の反射光または透過光を強く透過し、この偏光方向と角度が偏光方向を有する光の透過を、その角度に応じて制限する。こうして、所定のコントラストを有する映像がスクリーン２９に投影される。
【００７３】
前記した通り、光変調器１０は、高速応答性を有し、微細な光変調素子１１を高密度に配置した構造を有しているため、表示装置３０では、速い表示速度で高精細な画像・映像表現が可能となる。
【００７４】
《ホログラフィ装置》
図８に本発明の実施形態に係る光変調器を用いた立体動画対応のホログラフィ装置の概略構造を示す。なお、図８では光変調器１０の詳細な構造は省略しており、また、制御装置８０の図示を省略している。
【００７５】
ホログラフィ装置４０は、大別して、画像入力系と画像再生系とに分けられる。画像入力系は、レーザ光源３１と、ビーム拡大器３２と、レンズ３３，３６と、ハーフミラー３４，３７と、ミラー３５と、撮像手段たるＣＣＤカメラ３８とを備えている。一方、画像再生系は、レーザ光源４１と、ビーム拡大器４２と、レンズ４５と、偏光板４３，４４と、光変調器１０とを備えている。レーザ光源３１とレーザ光源４１とは同等のものであり、例えば、前記した表示装置３０に用いられているＲＧＢ時分割照明器１９であって、半導体レーザ光源を備えたものが用いられる。
【００７６】
ホログラフィ装置４０では、まず、画像入力にあたって、レーザ光源３１から発するレーザ光をビーム拡大器３２で拡大した後、レンズ３３により平行光とする。このレーザ光（平行光）をハーフミラー３４により、被写体に照明して物体光とするための光と、参照光とに分ける。被写体からの反射光たる物体光は、レンズ３６とハーフミラー３７を介して、ＣＣＤカメラ３８側へ出射する。一方、参照光は、ミラー３５とハーフミラー３７によって反射される。こうして、ハーフミラー３７から出射する物体光と参照光とが合成されて干渉縞が形成される。この干渉縞のパターンをＣＣＤカメラ３８により撮像する。なお、図８では、レンズ３３から射出された光の光路を１本線で簡単に示している。
【００７７】
ホログラフィ装置４０での画像の再生にあたっては、まず、レーザ光源４１から出射したレーザ光をビーム拡大器４２で拡大し、その光をレンズ４５により平行にして、この平行光を光変調器１０に入射させる。他方、ＣＣＤカメラ３８から干渉縞パターンを記録した画像信号が光変調器１０の制御装置８０（図８に図示せず）に入力される。制御装置８０が入力信号に従って光変調素子１１を駆動することによって、干渉縞パターンの画像信号に対応した光変調が行われ、立体画像を再生することができる。ホログラフィ装置４０では、光変調器１０が用いられていることによって、速い表示速度で高精細な立体画像を再現することができる。
【００７８】
《ホログラム記録装置》
図９に本発明の実施形態に係る光変調器を用いたホログラム記録装置の概略構造を示す。なお、図９では光変調器１０の詳細な構造は省略している。また、図９では、光の進行方向のみを示すものとし、レンズ等による光の空間的な幅の変更等の図示を省略する。
【００７９】
ホログラム記録装置５０では、レーザ光源５１（前記したレーザ光源３１，４１等と同等）から発するレーザ光を、ビーム拡大器５２で拡大した後、レンズ５３により平行光とする。この平行光（レーザ光）は、ハーフミラー５４によって、信号光と参照光とに分けられる。信号光は、光変調器１０により２次元ページデータに対応した光変調がなされて、記録媒体５５に到達する。一方、参照光は、ミラー５７を介して別の光変調器１０に入射され、そこで光変調された後、ミラー５８を介して記録媒体５５に到達する。記録媒体５５での状態変化たる波面の乱れは、位相情報として撮像手段たるＣＭＯＳカメラ５６によってリアルタイムに検出される。こうしてＣＭＯＳカメラ５６によって検出された位相情報に基づいて、別の光変調器１０が参照光の光変調を行うことによって、記録媒体５５での波面の乱れの影響をキャンセルすることができ、これにより、多重記録の精度を向上させることができる。
【００８０】
例えば、従来のフォトポリマー記録媒体を用いた体積ホログラム記録の場合、空気の流れ等によるシステムの温度変動や書き込み時の光重合によるフォトポリマーの収縮、収差等の光学系の不完全性等に起因して、記録媒体の波面が乱れることが、記録の多重化を妨げる要因となる場合がある。
【００８１】
そこで、ホログラム記録装置５０では、この波面の乱れをＣＭＯＳカメラ５６等の撮像手段でリアルタイムに検出し、その乱れをキャンセルするように参照光を空間的に変調する。この場合、参照光の変調は高速で行われることが好ましく、光変調器１０はその用途に適する。また、ページデータの書き込みにも光変調器１０を用いることができる。こうして、ホログラム記録装置５０では、光の波長程度の分解能で記録媒体５５での波面の乱れを制御できるため、記録の多重度を格段に向上させることができる。なお、これらの光変調においては、前記２系統の光変調を行ってもよく、どちらか１系統の光変調を行ってもよい。
【実施例】
【００８２】
次に本発明に係る光変調器を構成する光変調素子の実施例について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。ここでは、本発明に属さない構成についても適宜取り上げて、対比説明することとする。
【００８３】
＜第１実施例＞
第１実施例では、自由磁化膜層のカー回転角（θＫ）を調べた。
光変調素子の製造においては、まず、酸化膜付シリコン基板上に、下部電極、固定磁化膜層、非磁性中間膜層、自由磁化膜層、保護膜層の順に、スパッタリング法を用いて、真空中で一貫して製膜した。次に、保護層上に画素サイズのレジストを形成した後、Ａｒイオンによるイオンビームミリング法によって、下部電極の手前までミリング加工した。その後、レジストを剥離せずにそのままＳｉＯ２を全面に堆積し、レジストをリフトオフした。その後、上部にＩＺＯからなる透明電極を形成した。
【００８４】
固定磁化膜層の構成は、白金膜層及びコバルト膜層の多層構造（Ｃｏ／Ｐｔ多層膜）とした場合は、白金膜層の膜厚を１．５ｎｍ、コバルト膜層の膜厚を０．４ｎｍとし、白金膜層及びコバルト膜層をそれぞれ４層含む多層構造とした。また、ＴｂＦｅＣｏとした場合は、その膜厚を２０ｎｍとした。非磁性中間膜層の構成は、ＣＰＰ−ＧＭＲ型の場合はＣｕ（６ｎｍ）とし、トンネル型の場合はＭｇＯ(１ｎｍ)とした。自由磁化膜層の構成は、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜とした場合は、白金膜層の膜厚を０．８ｎｍ、コバルト膜層の膜厚を０．３ｎｍとし、白金膜層およびコバルト膜層をそれぞれ５層含む多層構造とした。また、ＧｄＦｅおよびＣｏ２ＦｅＳｉとした場合は、膜厚をそれぞれ１０ｎｍおよび６ｎｍとした。保護膜層の構成は、Ｒｕ（３ｎｍ）とした。
【００８５】
そして、自由磁化膜層の磁気の向きを変化させた２パターンについて、波長４００ｎｍのレーザ光を照射した場合の反射光のカー回転角（θＫ）を調べた（図３参照）。
結果を表１に示す。なお、表１中、２θＫは、θ１＋θ２である。また、ＧｄＦｅは、垂直磁気異方性をもち、Ｃｏ２ＦｅＳｉは、面内磁気異方性をもつものである。
【００８６】
【表１】
2010060668.tif 000003
【００８７】
表１に示すように、自由磁化膜層をＣｏ／Ｐｔ多層膜とした場合は、自由磁化膜層が、ＧｄＦｅのものに比べて、θＫを増大することができることがわかる。また、面内磁気異方性をもつＣｏ２ＦｅＳｉよりも、θＫを大幅に増大することができることがわかる。
【００８８】
＜第２実施例＞
第２実施例では、固定磁化膜層をＣｏ／Ｐｔ多層膜とした場合の白金膜層の１層の膜厚と、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の保磁力との関係を調べた。
【００８９】
第２実施例で使用したＣｏ／Ｐｔ多層膜の概略構成を図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示すように、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜を構成するコバルト膜層（図中、Ｃｏと示す）の１層当たりの膜厚（ｔＣｏ）は、すべて０．４ｎｍとし、白金膜層及びコバルト膜層をそれぞれ４層含む多層構造とした。また、最上部には、厚さ３ｎｍのＲｕからなる保護膜層（図中、Ｒｕと示す）を設けた。なお、基板は、表面熱酸化処理を施したシリコン基板である。
【００９０】
そして、白金膜層（図中、Ｐｔと示す）の１層当たりの膜厚（ｔＰｔ）を変化させ、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の保磁力（Ｏｅ）を測定した。保磁力は、サンプルに偏光した光を照射し、外部から印加する磁界を変化させたときの反射光のカー回転角（θk）を測定する磁気カー効果測定によって評価した。外部から印加する磁界（Ｈ）を横軸とし、＋Ｈ→−Ｈ→＋Ｈと変化させ、θkを縦軸とするヒステリシスループをグラフにプロットし、横軸との交点から保磁力の大きさを見積もった。
結果を図１１に示す。
【００９１】
図１１に示すように、白金膜層の１層あたりの膜厚が厚くなるほど、保磁力は大きくなった。
【００９２】
＜第３実施例＞
第３実施例では、下地層を設けた場合の下地層の膜厚と、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の保磁力との関係を調べた。
【００９３】
第３実施例で使用したＣｏ／Ｐｔ多層膜の概略構成を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）に示すように、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜を構成するコバルト膜層（Ｃｏ）の１層当たりの膜厚（ｔＣｏ）は、すべて０．４ｎｍとし、白金膜層（Ｐｔ）の１層当たりの膜厚（ｔＰｔ）は、すべて１ｎｍとし、白金膜層及びコバルト膜層をそれぞれ４層含む多層構造とした。なお、この４層の最下部の白金膜層を下地層とした。また、最上部には、厚さ３ｎｍのＲｕからなる保護膜層（Ｒｕ）を設けた。なお、基板は、表面熱酸化処理を施したシリコン基板である。
そして、下地層の白金膜層の膜厚を１〜３０ｎｍとした場合について、第２実施例と同様の方法で、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の保磁力（Ｏｅ）を測定した。
結果を図１２に示す。
【００９４】
図１２に示すように、下地層の膜厚を厚くすると保磁力が大きくなり、膜厚が１０ｎｍ以上で保磁力は飽和することがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る光変調器の概略構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ断面図であり、（ｃ）は光変調器に用いられている光変調素子の構造を模式的に示す図である。
【図２】光変調素子の具体的な構造を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態における光変調素子への電圧印加形態と自由磁化膜層のカー効果との関係を模式的に示す図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ下部電極と上部透明電極とに印加する電圧の正負を逆にした場合の模式図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態における光変調素子への電圧印加形態と自由磁化膜層のファラデー効果との関係を模式的に示す図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ下部電極と上部透明電極とに印加する電圧の正負を逆にした場合の模式図である。
【図５】その他の実施形態における光変調器に用いられている光変調素子の構造を模式的に示す図である。
【図６】光変調器の製造方法を模式的に示す図であり、（ａ）〜（ｇ）はそれぞれ所定の製造段階での構成を示した模式図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係る第１実施形態における光変調器を用いた表示装置の概略構成図、（ｂ）は、本発明に係る第２実施形態における光変調器を用いた表示装置の概略構成図である。
【図８】本発明に係る光変調器を用いた立体動画対応のホログラフィ装置の概略構造図である。
【図９】本発明に係る光変調器を用いたホログラム記録装置の概略構造図である。
【図１０】（ａ）は、第２実施例におけるＣｏ／Ｐｔ多層膜の構成を主に示す概略構成図、（ｂ）は、第３実施例におけるＣｏ／Ｐｔ多層膜の構成を主に示す概略構成図である。
【図１１】Ｃｏ／Ｐｔ多層膜を構成する白金膜層の１層の膜厚と、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の保磁力との関係を示すグラフである。
【図１２】下地層を設けた場合の下地層の膜厚と、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜の保磁力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９６】
１０      光変調器
１１      光変調素子
１２      上部透明電極
１３      下部電極
１４      基板
１６      ハーフミラー
１７、１８  偏光フィルタ
１９      ＲＧＢ時分割照明器
２１      下地層
２２      固定磁化膜層
２３      非磁性中間膜層
２４      自由磁化膜層
２５      保護膜層
３０      表示装置
４０      ホログラフィ装置
５０      ホログラム記録装置
６０      防護層
７０      偏光軸
７１      （正方向）回転した偏光軸
７２      （負方向）回転した偏光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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