(57)【要約】【課題】  低い消費電力と、高い磁気光学性能を有するスピン注入型光変調素子を提供する。【解決手段】  スピン注入により磁化方向が反転されるスピン注入型の空間光変調素子(ＳＬＭ: Spatial Light Modulator)であって、該素子は、スピン注入により磁化方向が反転される磁化方向可変層（４０）と、磁化方向が固定された磁化方向固定層（２０）と、これらの磁化方向可変層（４０）と磁化方向固定層（２０）に挟まれた非磁性中間層（３０）と、を有する積層体素子本体からなり、前記非磁性中間層は、半導体材料から構成される。【選択図】  図１
2010271512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピン注入により磁化方向が反転されるスピン注入型の空間光変調素子(ＳＬＭ: Spatial Light Modulator)であって、
該素子は、
スピン注入により磁化方向が反転される磁化方向可変層と、磁化方向が固定された磁化方向固定層と、これらの磁化方向可変層と磁化方向固定層に挟まれた非磁性中間層と、を有する積層体素子本体からなり、
前記非磁性中間層は、半導体材料から構成されることを特徴とする、スピン注入型の空間光変調素子。
【請求項２】
前記積層体素子本体の積層方向の両側には、電流印加のための一対の電極層が配置され、少なくとも、光の出入が行われる電極層は透明電極材料から構成される請求項１に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項３】
前記透明電極材料は、インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc Oxide ;IZO）、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide ;ITO）、酸化錫（ＳｎＯ2）、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ニオブドープ酸化亜鉛（ＮＴＯ）である請求項２に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項４】
前記非磁性中間層は、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＳｉＣ、ＮｉＯを主成分とする半導体材料のグループから選定された少なくとも１種である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項５】
前記磁化方向可変層と非磁性中間層との間、および／または前記磁化方向可変層と非磁性中間層との間には、スピン伝導を妨げない非磁性層が挿入される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項６】
前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕである請求項５に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項７】
前記非磁性中間層と前記非磁性層との組合せは、半導体材料からなる非磁性中間層を中心とした、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕ、Ｚｎ／ＺｎＯ／Ｚｎ、Ｚｎ／ＺｎＯ／Ｃｕの３層積層体や、これらの３層積層体から上側あるいは下側の非磁性層を省いた２層積層体である請求項６に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載されたスピン注入型の空間光変調素子をマトリックス状に配置してなる光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空間光変調素子、特に、スピン注入により磁化方向を変化させて利用する空間光変調素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空間光変調素子(ＳＬＭ: Spatial Light Modulator)は、液晶を用いるものが一般的である。液晶分子に対して電圧を印加することによりその配列や配向を制御し、光の透過と反射を制御する原理を用いている。これは既に広く用いられている技術であり、液晶ディスプレイを始め、世の中に広く浸透している技術であると言える。
【０００３】
しかしながら、液晶を用いたＳＬＭは、原理的に分子の回転を伴うために応答速度が遅いという欠点がある。この応答速度を高めるために液晶分子の初期配列を弓なりにするＯＣＢ(Optically Compensated Bend)構造等があるが、それでも応答速度は数msecに留まる。
【０００４】
また、液晶層の厚みが最低限数μｍ必要である事から素子の面積の縮小にも限界があり、液晶を用いたＳＬＭは５μｍ×５μｍ程度の素子面積が必要であり、高精細な配列を形成する事が困難であると言える。
【０００５】
一方、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)のような微細加工技術を用いて作製した、微小なマイクロミラーを動作させるタイプのＳＬＭも提案されているが、やはり素子の微細化に限界があり、１０μｍ×１０μｍ以下の素子の作製は困難である。また、動作の制御も複雑であると言える。
【０００６】
そこで、新しいＳＬＭとして、磁性体の磁化反転を用いたタイプのものが提案されている。これらは透過光／反射光が磁性体の磁化方向により旋光する磁気光学効果（ファラデー効果／カー効果）を利用したものであり、磁性体の磁化反転に要する時間は一般的にｎｓｅｃオーダーである事から、高速応答が約束される方式であると言える。
【０００７】
その中でも、特開２００８−６０９０６号公報や、特開２００８−８３６８６号公報に示されている素子は、磁化反転にスピン注入技術（スピン偏極した電子を流す事により磁性体の磁化方向の反転を行う技術）が用いられている。
【０００８】
このスピン注入による磁化反転を用いた素子は、面積の制限が少ない事から１μｍ2以下の微細な素子も問題なく作製することができる。つまり、応答速度の速い高精細な素子が作製可能である。なお、スピン注入による磁化反転とは、伝導電子が持つ角運動量が磁化に受け渡される際に、磁化にスピントルクと呼ばれるトルクがかかることを利用し、電子スピンが偏った電流を磁性材料に流す事によりその磁化方向を制御する技術であり、例えば、ＭＲＡＭなどに用いられている。
【０００９】
具体的には、磁化方向固定層から磁化方向可変層に向かい電子が移動すると、可変層の磁化方向が固定層の磁化方向と揃い、これとは逆に、磁化方向可変層から磁化方向固定層に電子が移動した場合は磁化方向可変層の磁化方向が磁化方向固定層の磁化方向と反対向きとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２００８−６０９０６号公報
【特許文献３】特開２００８−６４８２５号公報
【特許文献４】特開２００８−１４５７４８号公報
【特許文献５】特開２００８−９１８４２号公報
【００１１】
なお、従来技術である上記の先行技術例においては、旋光角度が原理的に小さいという欠点を持つ。また、少エネルギー化への要望へ応じるべく、より低い消費電力化も求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、低い消費電力と、高い磁気光学性能を有するスピン注入型光変調素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を解決するために、本願発明は、スピン注入により磁化方向が反転されるスピン注入型の空間光変調素子(ＳＬＭ: Spatial Light Modulator)であって、該素子は、スピン注入により磁化方向が反転される磁化方向可変層と、磁化方向が固定された磁化方向固定層と、これらの磁化方向可変層と磁化方向固定層に挟まれた非磁性中間層と、を有する積層体素子本体からなり、前記非磁性中間層は、半導体材料から構成される。
【００１４】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子の好ましい態様として、前記積層体素子本体の積層方向の両側には、電流印加のための一対の電極層が配置され、少なくとも、光の出入が行われる電極層は透明電極材料から構成される。
【００１５】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子の好ましい態様として、前記透明電極材料は、インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc Oxide ;IZO）、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide ;ITO）、酸化錫（ＳｎＯ2）、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ニオブドープ酸化亜鉛（ＮＴＯ）から構成される。
【００１６】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子の好ましい態様として、前記非磁性中間層は、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＳｉＣ、ＮｉＯを主成分とする半導体材料のグループから選定された少なくとも１種から構成される。
【００１７】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子の好ましい態様として、前記磁化方向可変層と非磁性中間層との間、および／または前記磁化方向可変層と非磁性中間層との間には、スピン伝導を妨げない非磁性層が挿入されるように構成される。
【００１８】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子の好ましい態様として、前記非磁性層は、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕであるように構成される。
【００１９】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子の好ましい態様として、前記非磁性中間層と前記非磁性層との組合せは、半導体材料からなる非磁性中間層を中心とした、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕ、Ｚｎ／ＺｎＯ／Ｚｎ、Ｚｎ／ＺｎＯ／Ｃｕの３層積層体や、これらの３層積層体から上側あるいは下側の非磁性層を省いた２層積層体であるように構成される。
【００２０】
本発明の光変調器は、上記に記載されたスピン注入型の空間光変調素子をマトリックス状に配置して構成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、スピン注入により磁化方向が反転されるスピン注入型の空間光変調素子(ＳＬＭ: Spatial Light Modulator)であって、該素子は、スピン注入により磁化方向が反転される磁化方向可変層と、磁化方向が固定された磁化方向固定層と、これらの磁化方向可変層と磁化方向固定層に挟まれた非磁性中間層と、を有する積層体素子本体からなり、前記非磁性中間層は、半導体材料から構成されているので、消費電力を低く抑えつつ、高い磁気光学性能が得られるという極めて優れた効果が発現する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本願発明のスピン注入型の空間光変調素子の概略断面図である。
【図２】図２は、サンプル７についての規格化磁気抵抗の電流依存性を示したグラフである。
【図３】図３は、消費電力の非磁性中間層の依存性を視認しやすいように、別途グラフ化したものである。
【図４】図４は、表３の結果を視認しやすいように、グラフ化した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のスピン注入により磁化方向が反転されるスピン注入型の空間光変調素子(ＳＬＭ: Spatial Light Modulator)を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１には、本願発明のスピン注入型の空間光変調素子の概略断面図であって、当該図面にはカー効果を用いた空間光変調素子の単純化したイメージが示されている。
【００２５】
本願発明のスピン注入型の空間光変調素子は、図１に示されるように、下側から下部電極層１１、磁化方向固定層２０、非磁性中間層３０、磁化方向可変層４０、および上部電極層１５が順次積層された柱状（ピラー状）の構成を備えている。
【００２６】
すなわち、当該素子は、スピン注入により磁化方向が反転される磁化方向可変層４０と、磁化方向が固定された磁化方向固定層２０と、これらの磁化方向可変層４０と磁化方向固定層に挟まれた非磁性中間層３０と、を有する積層体素子本体５からなり、当該積層体素子本体５の積層方向の両側には、電流印加のための下部電極層１１、上部電極層１５が配置された形態をとっている。
【００２７】
反射光のトータルのカー回転角θkを強める手法としては、例えば、磁性体界面での多重反射を用いることが挙げられる。
【００２８】
図1に示される素子においては、上部電極層１５と磁化方向可変層４０との界面、磁化方向可変層４０と非磁性中間層３０との界面、および非磁性中間層３０と磁化方向固定層２０との界面での反射を模式図的に表しているが、磁化方向可変層４０と非磁性中間層３０との界面、および非磁性中間層３０と磁化方向固定層２０との界面における反射による磁気光学効果の寄与を大きくするためには、非磁性中間層３０中での多重反射が有効である。
【００２９】
本発明では、後述するように非磁性中間層３０の材料として、半導体材料を用いているので、従来の材料系と比較した場合に、消費電力を低く抑えつつ、高い磁気光学性能が得られるという効果が発現する。本願発明の構成要件を詳細に説明する前に、従来技術で開示されている非磁性中間層３０の材料について簡単に言及しておく。
【００３０】
本願発明との対比で、従来技術で開示されている非磁性中間層３０の材料としてＣｕがある。このＣｕを用いた場合、非磁性中間層の中まで侵入した光は、Ｃｕの減衰係数が大きいために多重反射を繰り返すうちに層中で減衰してしまう。そのため、素子への入射光（Ｉ0）に対して得られるトータルの反射光（Ｉ）から、反射率Ｒ＝Ｉ／Ｉ0が得られるが、多重反射によりＲが減少してしまうので、結果として、磁気光学効果を表す指標の一つである磁気光学性能指数（θk・√Ｒ）も減少してしまう。Ｃｕに代えて、非磁性中間層にＭｇＯやＡｌ2Ｏ3等の絶縁材料を適用した場合、これらの材料は可視光の波長領域（３８０〜７８０ｎｍ）においては透明であり、減衰係数はほぼゼロであるため、多重反射を繰り返す際の層中での光強度減衰は抑制可能であり、磁気光学性能指数も低下しない。しかしながら、スピン注入には１０8Ａ／ｃｍ2ないしそれに準ずるオーダーの電流密度が必要であり、これらの絶縁材料を構造中に用いる事で素子抵抗は増加し、結果として必要な電力が増大してしまう。
【００３１】
このような不都合を解消するために、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、本発明では、非磁性中間層３０の材料として半導体材料を用いることによって、従来の材料系と比較した場合に、消費電力を低く抑えつつ、高い磁気光学性能が得られるという効果が発現することが判明したのである。
【００３２】
以下、本願発明の各構成要件について、詳細に説明する。
【００３３】
〔磁化方向固定層２０の構成〕
磁化方向固定層２０は、磁化方向が固定された層であり、一般的に、スピン分極率の高い材料を用いて構成することが好ましい。磁化方向は水平方向、垂直方向のいずれであってもよい。図示の例では磁化容易軸が垂直方向となる垂直磁化膜が例示として描かれており、磁化方向は垂直方向（図面の下向き方向）となっている。具体的な垂直膜の材料等については後述する実験例を参照されたい。
【００３４】
一般的に、磁化方向固定層２０の好適な具体的材料としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉおよびそれらの合金、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＴａ等のアモルファス磁性材料、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ等の希土類アモルファス合金、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ等のホイスラー合金、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｎｉ等の人工格子等を例示することができる。
【００３５】
磁化方向固定層２０は、上記の各材料からなる層を複数層積層して、組成の異なる層の積層構造にしてもよい。また、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために、例えば、反強磁性材料からなるスピン固着層を併設して形成するようにしてもよい。
【００３６】
磁化方向固定層２０の厚さは、２〜５０ｎｍ程度とされる。堆積方法としては、例えば、分子線エピタクシー法（ＭＢＥ法）やスパッタ法等を用いることができる。
【００３７】
〔磁化方向可変層４０の構成〕
磁化方向可変層４０は、磁化方向が固定されておらず、スピン注入により容易に磁化が反転される磁性層である。
【００３８】
磁化方向可変層４０は、磁気光学的カー効果および／またはファラデー効果が生じ、変極率が比較的に高い強磁性体から構成されることが望ましい。
【００３９】
磁化方向は、前述した磁化方向固定層２０に同調することを基本として、水平方向、垂直方向のいずれとなるようにしてもよい。図示の例では、磁化方向は垂直方向である。具体的な磁性膜の材料等については後述する実験例を参照されたい。
【００４０】
また、一般的に磁化方向可変層４０を構成する材料としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉおよびそれらの合金、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＺｒＴａ等のアモルファス磁性材料、ＧｄＦｅＣｏ等の希土類アモルファス合金、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ等のホイスラー合金、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｎｉ等の人工格子等を例示することができる。
【００４１】
磁化方向可変層４０は、上記の材料からなる層を複数層積層して、組成の異なる層の積層構造にしてもよい。
【００４２】
磁化方向可変層４０の厚さは、２〜２０ｎｍ程度とされる。堆積方法としては、例えば、分子線エピタクシー法（ＭＢＥ法）やスパッタ法等を用いることができる。
【００４３】
〔非磁性中間層３０の構成〕
非磁性中間層３０は、上記の磁化方向固定層２０と上記の磁化方向可変層４０とに挟まれて構成される。
【００４４】
ここで、『挟まれる』とは、（１）非磁性中間層３０の両平面が磁化方向固定層２０と磁化方向可変層４０とにそれぞれ直接に接している状態および、（２）非磁性中間層３０の両平面が磁化方向固定層２０と磁化方向可変層４０と間に任意の層を介在させて間接的に接している状態の双方を含む。ただし、間接的に接している状態の場合には、任意の層を介在させても本願発明の作用効果を阻害せずに、本願発明の作用効果が発現している場合に限る。
【００４５】
本発明における非磁性中間層３０は、半導体材料から構成される。
【００４６】
具体的には、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＳｉＣ、ＮｉＯを主成分とする半導体材料のグループから選定された少なくとも１種である。
【００４７】
このような半導体は、ＭｇＯやＡｌ2Ｏ3といった絶縁体に比べ導電性が高い。また透明導電膜として使用されていることからも解るように、可視光の透過性に優れている。そして、高いスピン伝導も示す。高いスピン伝導はスピン注入の効率化にもつながり、より低電流密度での磁化反転が可能となる。
【００４８】
このような非磁性中間層３０の厚さは、０．５〜１０ｎｍ程度とされる。堆積方法としては、例えば、分子線エピタクシー法（ＭＢＥ法）やスパッタ法等を用いることができる。
【００４９】
また、上記の（２）の場合の態様として、介在される任意の層としては、スピン伝導を妨げないＣｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ等の非磁性層が用いられ得る。その場合、半導体材料からなる非磁性中間層３０を中心とした、Ｃｕ／ＺｎＯ／Ｃｕ、Ｚｎ／ＺｎＯ／Ｚｎ、Ｚｎ／ＺｎＯ／Ｃｕ、等の３層積層体や、これらの３層積層体から上側あるいは下側の非磁性層を省いた２層積層体を例示することができる。
【００５０】
介在されるＣｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ等の非磁性層の厚さは、０．１〜３ｎｍ程度とされる。
【００５１】
〔下部電極層１１、上部電極層１５〕
下部電極層１１および上部電極層１５は、積層体素子本体５の積層方向の両側に、電流印加のために形成される。また、下部電極層１１および／または上部電極層１５は、光の出入が可能なように透明電極材料から構成される。光の出入が一方の電極層からのみである場合には、当該電極層のみを透明電極材料から構成するようにすればよい。
【００５２】
透明電極材料としては、具体的に、インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc Oxide ;IZO）、酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide ;ITO）、酸化錫（ＳｎＯ2）、アンチモンドープ酸化錫（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ニオブドープ酸化亜鉛（ＮＴＯ）等が挙げられる。
【００５３】
なお、下部電極層１１と磁化方向固定層２０の間には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉおよびそれらの合金等の下地層を設けることができ、上部電極層１５と磁化方向可変層４０との間には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉおよびそれらの合金等のキャップ層を設けることができる。
【００５４】
スピン注入型の空間光変調素子の作用の説明 
図１において、磁化方向固定層２０の磁化方向は、下向きに磁化固定されている（矢印２０ａ）。磁化方向可変層４０の磁化方向は、スピン注入の仕様によって、磁化方向固定層２０の磁化方向と同じ方向に揃ったり、あるいは、反対の逆方向に向いたりする。
【００５５】
すなわち、電流が上部電極層１５から下部電極層１１へと印加され、電子が磁化方向固定層２０から磁化方向可変層４０に向かい移動すると、磁化方向可変層４０の磁化方向が磁化方向固定層２０の磁化方向と揃い、下向きの磁化方向となる。
【００５６】
これとは反対に、電流が下部電極層１１から上部電極層１５へと印加され、電子が磁化方向可変層４０から磁化方向固定層２０に向かい移動すると、磁化方向可変層４０の磁化方向が磁化方向固定層２０の磁化方向と反対向きとなり、上向きの磁化方向となる。
【００５７】
磁化方向可変層４０と磁化方向固定層２０との両者の磁化方向が揃って同一方向の状態となる場合と、両者の磁化方向が反対方向となり逆方向の状態となる場合によって、それぞれ、反射光のトータルのカー回転角θkとおくと、磁性体の磁化方向によって、偏光角が＋θkと、−θkとの二種類の偏光が得られ、光変調（旋光）を実現させることができる。つまり、磁化方向可変層４０の磁化の方向をスピン注入によって、反転させると、その領域を通過または反射する光の偏光軸は、反転前の磁化方向可変層４０の偏光軸と逆方向に観察される。
【００５８】
このように本発明におけるスピン注入型の空間光変調素子は、磁化方向の反転による光の偏光方向の回転を利用するため、従来の各種素子（例えば、液晶分子の配向や、粒子の移動・回転、または画素ミラーの角度回転等の制御を行う素子）に比べて、動作速度が速く、１０〜５０ｎｓｅｃ程度の動作速度が得られ得る。
【００５９】
また、本発明におけるスピン注入型の空間光変調素子は、構造が簡単である。すなわち、液晶素子のごとく動作保持のためのアクティブ素子（ＴＦＴ）を必要とせず、また、マイクロミラー等の機械的動作も伴わない。さらに、コントラストを確保するための素子の膜厚も液晶素子と比べて薄くてすむ。
【００６０】
本発明におけるスピン注入型の空間光変調素子は、図１に示される形態で、光変調器の１画素を形成し、現状の微細加工技術をもちいて製造すれば、少なくともサブミクロン以下のサイズでの高精細な加工ができる。
【００６１】
光変調器への展開についての説明 
本発明におけるスピン注入型の空間光変調素子の１つが１画素を形成するように、当該素子をマトリックス状に配置することによって、光変調器を形成することができる。
【００６２】
光変調器は、マトリックス状に配置された複数の画素の各々に配設されるスピン注入型の空間光変調素子と、磁化方向の反転によるスピン注入型の空間光変調素子への入射光の偏光方向の変化を検出する偏光手段（例えば、偏光板）とを、含み、構成される。さらに、スピン注入型の空間光変調素子の各々には、任意の画素を選択するための画素選択用電極が接続されており、磁化方向の反転は、画素選択用電極を介して行われる。
【００６３】
スピン注入型の空間光変調素子は、画素ごとに配設される柱状（ピラー状）のごとき素子であり（図１参照）、相互に隣接するスピン注入型の空間光変調素子同士は、電気的および磁気的に絶縁されている。
【００６４】
また、スピン注入型の空間光変調素子には、入射光として、ＲＧＢに対応する３色光が時分割で入射されるように構成してもよい。
【００６５】
また、スピン注入型の空間光変調素子と偏光手段との間には、時分割で入射光の偏光角度が可変となるようなシャッタをさらに設けるようにすることもできる。
【実施例】
【００６６】
以下に、本発明のスピン注入型の空間光変調素子に関する具体的実験例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６７】
〔実験例Ｉ〕
厚さ５００ｎｍのＮｉＦｅからなる下部電極層１１の上に、厚さ３．０ｎｍのＡｌからなる下地層を形成し、この下地層の上に１５．０ｎｍ厚さのＴｂＦｅＣｏと厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅの積層体(TbFeCo 15.0nm/CoFe 1.0nm)からなる磁化方向固定層２０を形成した。
【００６８】
この磁化方向固定層２０の上に下記表３に示されるような非磁性中間層３０（厚さ１．０ｎｍ）を形成し、この非磁性中間層３０の上に、磁化方向可変層４０を形成した。
【００６９】
磁化方向可変層４０は、厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅの上に、厚さ０．４ｎｍのＣｏと厚さ１．０ｎｍのＰｔの積層体を５回繰返し形成し、この上に０．４ｎｍのＣｏを形成した多層膜(CoFe 1.0nm/(Co 0.4nm/Pt 1.0nm)x5/Co 0.4nm)とした。
【００７０】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．０ｎｍのＲｕと、厚さ２．０ｎｍのＴａとの２層積層体からなるキャップ層を形成した（表１）。
【００７１】
【表１】
2010271512.tif 000003
【００７２】
このようにして形成した積層膜（表１）を、３２０×３２０ｎｍの四角柱状に加工し、側面を厚さ２０．０ｎｍのアルミナからなる絶縁層で覆い、エッチングによりキャップ層を除去した後に、上部電極層（ＩＴＯ；厚さ５００ｎｍ）を上部に形成することによりサンプル１〜１０を作製した。
【００７３】
ここで、具体的な実験を示す前に、各サンプルに用いた非磁性中間層３０の材料の諸特性について、説明しておく。
【００７４】
非磁性中間層３０としては、下記表２示されるように各種の導体、絶縁体、および半導体を用い、これらの特性が表２に纏められている。
【００７５】
【表２】
2010271512.tif 000004
【００７６】
導体と半導体の閾値は１０-3 ohm cm、半導体と絶縁体の閾値が１０6 ohm cm程度と言われているが、確固たる基準は存在していない。実際に、一般的には半導体として扱われるＩＴＯ（Sn doped In2O3）やＺｎＯも、導体に分類される導電率を示している。これらの半導体の抵抗率は作製方法によっても変動することが知られており、現実的には一義的な導電率の値からの分類は不可能であるといえる。よって、本願発明においては、「半導体」か否かの疑義が生じやすいものは具体的に材料を列挙して「半導体」として明示している。
【００７７】
上記の要領で作製したサンプル１〜１０に対して、下記の要領でスピン注入による磁化反転を行った。磁化反転電流の判別は以下の手法を用いて行った。素子に対してー１００ｍＡから＋１００ｍＡの通電、さらには、＋１００ｍＡからー１００ｍＡまでの通電をない、その抵抗の変化を観測し、範囲内で最も高い抵抗を“１”、低い抵抗を“０”として、磁気抵抗変化を規格化した値で表した。なお、磁化方向可変層４０から磁化方向固定層２０方向の通電を正の電流値として扱っている。
【００７８】
この規格化した抵抗が０．５となる点を反転電流と定義し、それぞれのサンプルについて反転電流を求めた。
【００７９】
参考までに、サンプル７についての規格化磁気抵抗の電流依存性を図２に示した。
【００８０】
このサンプル７については、５３ｍＡが反転電流となる。なお、規格化抵抗が０となる抵抗を素子抵抗と定義した。
【００８１】
以上のような手法を用いて表３に示されるごとく、（１）反転電流、および（２）素子抵抗を求めた。反転電流は一般的にＭＲ変化率が発現し易い非磁性中間層３０の材料を用いた場合に低い値を示した。これは、高いＭＲ変化率を示すためにはスピンの散乱が小さい非磁性中間層が必要であり、スピン散乱が小さい系において効果的なスピン注入が行われる事によるものと推測される。
【００８２】
求めた（１）反転電流、および（２）素子抵抗に基づき、（３）反転電圧、および（４）消費電力を算出した。また、消費電力の非磁性中間層３０の依存性を視認しやすいように、別途図３のグラフに示した。
【００８３】
消費電力は素子抵抗に大きく依存するため、素子抵抗の高い絶縁層（ＡｌＯ、ＭｇＯ）を非磁性中間層３０に用いたサンプル５およびサンプル６については３０ｍＷ以上の高い消費電力となっていることがわかる。
【００８４】
この一方で、素子抵抗の低い導体層と半導体層を非磁性中間層３０に用いたサンプルは、３０ｍＷ以下の消費電力となっていることがわかる。
【００８５】
最終的な製品の形態としては、この光変調素子をマトリックスとして敷き詰めた形状が想定される。そのような多素子からなるデバイスの構築を考慮した場合、消費電力の抑制は必須となる。このような消費電力の抑制という観点からは、導体・半導体を非磁性中間層３０として用いることが好ましいことがわかる。
【００８６】
さらに、波長６３３ｎｍのレーザーを用いサンプル上面の法線方向から３０度傾いた方向より入射を行い、それぞれの素子における反射率Ｒとカー回転角θkを求め、磁気光学性能指数を算出した。
【００８７】
これらのサンプルの諸光学特性を表３に示した。
【００８８】
【表３】
2010271512.tif 000005
【００８９】
表３に示されるように、導体を非磁性中間層３０に用いたサンプルは、全体的に反射率Ｒは高い。しかしながら、カー回転角θkが小さい傾向を示した。その結果、磁気光学性能指数（θk・√Ｒ＝θk・Ｒ1/2）は導体で低く、半導体・絶縁体で高い結果となった。この結果を視認しやすいように図４のグラフに示した。図４に示される結果は、可視光に対して透明である材料の使用により、多重反射効果によるカー効果のエンハンスが得られたためであると思われる。
【００９０】
〔実験例ＩＩ〕
厚さ５００ｎｍのＮｉＦｅからなる下部電極層１１の上に、厚さ３．０ｎｍのＡｌからなる下地層を形成し、この下地層の上に１５．０ｎｍ厚さのＴｂＦｅＣｏと厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅの積層体(TbFeCo 15.0nm/CoFe 1.0nm)からなる磁化方向固定層２０を形成し、この磁化方向固定層２０の上に非磁性中間層３０を形成した。
【００９１】
非磁性中間層３０は、厚さ０．５ｎｍのＣｕと、厚さ１．０ｎｍのＺｎＯと、厚さ０．５ｎｍのＣｕとの３層積層体(Cu 0.5nm/ZnO 1.0nm/ Cu 0.5nm)からなる非磁性中間層３０とした。この非磁性中間層３０の上に、磁化方向可変層４０を形成した。
【００９２】
磁化方向可変層４０は、厚さ１．０ｎｍのＣｏＦｅの上に、厚さ０．４ｎｍのＣｏと厚さ１．０ｎｍのＰｔの積層体を５回繰返し形成し、この上に０．４ｎｍのＣｏを形成した多層膜(CoFe 1.0nm/(Co 0.4nm/Pt 1.0nm)x5/Co 0.4nm)とした。
【００９３】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．０ｎｍのＲｕと、厚さ２．０ｎｍのＴａとの２層積層体からなるキャップ層を形成した。
【００９４】
このようにして形成した積層膜を、３２０×３２０ｎｍの四角柱状に加工し、側面を厚さ２０．０ｎｍのアルミナからなる絶縁層で覆い、エッチングによりキャップ層を除去した後に、上部電極層（ＩＴＯ；厚さ５００ｎｍ）を上部に形成することによりサンプル１１を作製した。
【００９５】
このサンプル１１についても、上記のサンプルと同様の要領で電気特性および光学特性を測定した。このサンプル１１と上記のサンプル７とを下記表４に併記した。
【００９６】
【表４】
2010271512.tif 000006
【００９７】
表４に示される結果より、半導体層と磁性層との界面に非磁性層を挿入した場合であっても、スピン伝導に優れた材料であれば、磁気光学性能指数の低下はほとんど見られないことが分る。
【００９８】
結論として、半導体を非磁性中間層に用いた光変調素子は、低い消費電力と高い磁気光学性能指数を有し、スピン注入型光変調素子として優れた性能を示す事が明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、スピン注入により磁化方向を変化させて利用する空間光変調素子の技術分野、例えば、立体映像分野等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１００】
５…積層体素子本体
１１…下部電極層
１５…上部電極層
２０…磁化方向固定層
３０…非磁性中間層
４０…磁化方向可変層
【図１】
2010271512.tif 000007
【図２】
2010271512.tif 000008
【図３】
2010271512.tif 000009
【図４】
2010271512.tif 000010