(57)【要約】【課題】高い垂直磁気異方性を有し、また、熱処理によっても垂直磁気異方性が劣化することのないスピン注入磁化反転素子、このスピン注入磁化反転素子を用いて構成される磁気ランダムアクセスメモリおよび光変調器、この光変調器を用いて構成される表示装置、ホログラフィ装置およびホログラム記録装置、この光変調器の製造方法を提供する。【解決手段】スピン注入磁化反転素子１１は、下地層２１と、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における磁化の方向が膜面に垂直な方向であり、下地層２１は、銀膜層であることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層と、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化の方向が膜面に垂直な方向であるスピン注入磁化反転素子であって、
前記下地層は、銀膜層であることを特徴とするスピン注入磁化反転素子。
【請求項２】
前記非磁性中間膜層は、絶縁体層であることを特徴とする請求項１に記載のスピン注入磁化反転素子。
【請求項３】
前記固定磁化膜層は、その全部または一部が、遷移金属と貴金属との合金からなる層、前記遷移金属からなる薄膜層と前記貴金属からなる薄膜層とが交互に積層された多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピン注入磁化反転素子。
【請求項４】
前記自由磁化膜層は、その全部または一部が、遷移金属と貴金属との合金からなる層、前記遷移金属からなる薄膜層と前記貴金属からなる薄膜層とが交互に積層された多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のスピン注入磁化反転素子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスピン注入磁化反転素子を用いたことを特徴とする磁気ランダムアクセスメモリ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスピン注入磁化反転素子を用いた光変調器であって、
前記スピン注入磁化反転素子が、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ることを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項６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８】
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６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９】
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６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。
【請求項１０】
請求項６に記載の光変調器の製造方法であって、
基板上に、下部電極と、下地層と、固定磁化膜層と、非磁性中間膜層と、自由磁化膜層とをこの順序で製膜して素子構造体を作製する素子構造体作製工程と、
前記素子構造体の上面に、レジストパターンを形成するレジスト形成工程と、
前記素子構造体において、前記レジストパターンのレジストが形成されていない部位をエッチングまたはミリング加工により部分除去する部分除去工程と、
部分除去された部位を有する前記素子構造体の上面に、絶縁体を堆積する絶縁体堆積工程と、
前記レジストを除去するレジスト除去工程と、
前記レジストが除去された素子構造体の上面に、上部電極を形成する上部電極形成工程と、を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。
【請求項１１】
前記部分除去工程において、前記非磁性中間膜層が前記素子構造体の表面に露出するように部分除去を行うことを特徴とする請求項１０に記載の光変調器の製造方法。
【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スピン注入磁化反転素子、このスピン注入磁化反転素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリおよび光変調器、この光変調器を用いた表示装置、ホログラフィ装置およびホログラム記録装置、この光変調器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁化固定層、非磁性中間層および磁化反転層を順に積層して構成したスピン注入磁化反転素子を用いて、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）へ応用する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。スピン注入磁化反転素子の主な課題は、高密度化と磁化反転電流の低減である。ここで、垂直磁気異方性の大きな垂直磁化膜を用いたスピン注入磁化反転素子は、保磁力が大きいため、熱揺らぎや外乱に強く微細化に適しており、メモリの高密度化を達成することが期待されている。また、面内磁化膜に比べて磁化反転電流を低減できることも理論的に示されている。
【０００３】
また、スピン注入磁化反転素子を用いた光学素子への応用として、素子の上部と下部に設けた２つの電極のうち、少なくともー方を、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）やインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極で形成したスピン注入型の空間光変調器が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−８１２１６号公報（段落００１４〜００６７）
【特許文献２】特開２００８−８３６８６号公報（段落００２４〜００４８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のスピン注入磁化反転素子としては、垂直磁気異方性の大きな垂直磁化膜を形成するため、遷移金属と希土類金属との合金を用いたもの、遷移金属と貴金属との合金や、遷移金属と貴金属との多層膜を用いたもの等がある。しかし、希土類金属は酸化しやすく、また、素子膜の高配向化のための熱処理や微細加工プロセス処理での熱により磁気特性が劣化する材料が多いという問題がある。一方、遷移金属と貴金属との合金や多層膜は、酸化しにくく、熱耐性も比較的高い。ここで、磁化反転電流を低減するためには、非磁性中間層に、ＭｇＯ等のトンネル絶縁層を用いてＭＲ比を向上させることが必要であるが、ＭｇＯ等のトンネル絶縁層上に形成した遷移金属と貴金属の合金や多層膜は、垂直磁気異方性が劣化するという問題がある。そこで、高い垂直磁気異方性を保持することができるスピン注入磁化反転素子の開発が望まれている。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、高い垂直磁気異方性を有し、また、熱処理によっても垂直磁気異方性が劣化することのないスピン注入磁化反転素子、このスピン注入磁化反転素子を用いて構成される磁気ランダムアクセスメモリおよび光変調器、この光変調器を用いて構成される表示装置、ホログラフィ装置およびホログラム記録装置、この光変調器の製造方法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】
【０００７】
本発明に係るスピン注入磁化反転素子は、下地層と、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化の方向が膜面に垂直な方向であるスピン注入磁化反転素子であって、前記下地層は、銀膜層であることを特徴とする。
このような構成によれば、銀膜層の強い結晶配向性によって、その上部に形成する固定磁化膜層の結晶配向性が高まり、高い垂直磁気異方性を保持することができる。
【０００８】
本発明に係るスピン注入磁化反転素子は、前記非磁性中間膜層が、絶縁体層であることが好ましい。
このような構成によれば、スピン注入磁化反転素子の磁気抵抗効果比（ＭＲ比）が改善され、ＭＲ比に反比例する磁化反転電流を低減させることができる。
【０００９】
本発明に係るスピン注入磁化反転素子は、前記固定磁化膜層において、その全部または一部が、遷移金属と貴金属との合金からなる層、前記遷移金属からなる薄膜層と前記貴金属からなる薄膜層とが交互に積層された多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜であることが好ましい。
さらに、本発明に係るスピン注入磁化反転素子は、前記自由磁化膜層において、その全部または一部が、遷移金属と貴金属との合金からなる層、前記遷移金属からなる薄膜層と前記貴金属からなる薄膜層とが交互に積層された多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜であることが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、スピン注入磁化反転素子において、酸化に強く、また熱耐性を高くすることができるため、素子膜の高配向化のための熱処理や微細加工プロセス処理後においても、高い垂直磁気異方性を保持することができる。
【００１１】
本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリは、前記記載のスピン注入磁化反転素子を用いたことを特徴とする。
本発明に係るスピン注入磁化反転素子は、保磁力が大きいため、このような構成によれば、メモリを高密度化することができる。また、磁化反転電流を低減させることができる。
【００１２】
本発明に係る光変調器は、前記記載のスピン注入磁化反転素子を用いた光変調器であって、前記スピン注入磁化反転素子が、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ることを特徴とする。
本発明に係るスピン注入磁化反転素子（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。また、磁化反転電流を低減させることができる。
【００１３】
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、低電流、かつ速い表示速度で高精細な画像・映像表現が可能となる。
【００１４】
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、低電流、かつ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。
【００１５】
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した光変調器を用いて行うことを特徴とする。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明に係る光変調器の製造方法は、前記した光変調器の製造方法であって、基板上に、下部電極と、下地層と、固定磁化膜層と、非磁性中間膜層と、自由磁化膜層とをこの順序で製膜して素子構造体を作製する素子構造体作製工程と、前記素子構造体の上面に、レジストパターンを形成するレジスト形成工程と、前記素子構造体において、前記レジストパターンのレジストが形成されていない部位をエッチングまたはミリング加工により部分除去する部分除去工程と、部分除去された部位を有する前記素子構造体の上面に、絶縁体を堆積する絶縁体堆積工程と、前記レジストを除去するレジスト除去工程と、前記レジストが除去された素子構造体の上面に、上部電極を形成する上部電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
このような製造方法によれば、前記した光変調器の製造が容易に行える。
【００１８】
さらに、前記部分除去工程において、前記非磁性中間膜層が前記素子構造体の表面に露出するように部分除去を行うことが好ましい。
このような製造方法によれば、製造過程において下地層が露出することがなく、大気にさらされることがない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るスピン注入磁化反転素子では、高い垂直磁気異方性を有するため、保磁力が大きいことにより、熱揺らぎや外乱に強く、微細化が可能である。そのため、メモリの高密度化を図ったり、高精細な光変調を高速に行ったりすることができる。さらに、磁化反転電流を低減させることができる。また、本発明によれば、このようなスピン注入磁化反転素子の特性を利用した高密度・低駆動電流の磁気ランダムアクセスメモリや、このようなスピン注入磁化反転素子の特性を利用した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】
本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリでは、保磁力が大きく、微細化が可能なスピン注入磁化反転素子を用いているため、メモリの高密度化を実現することができる。また、駆動電流を低減させることができる。
【００２１】
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、高精細・高速応答を実現することができる。また、駆動電流を低減させることができる。
【００２２】
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、低電流で、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、低電流で、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。
【００２３】
本発明に係る光変調器の製造方法では、光変調器を容易に製造することができる。さらに、下地層を露出させないことで、製造過程において下地層が大気にさらされることがないため、下地層である銀膜層が腐食しにくく、また、抵抗値が上がることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るスピン注入磁化反転素子の具体的な構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係るスピン注入磁化反転素子の具体的な構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明に係るスピン注入磁化反転素子の具体的な構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係るスピン注入磁化反転素子の具体的な構造を模式的に示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明に係るスピン注入磁化反転素子の具体的な構造を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）を備えた記録装置の概略構成を模式的に示す平面図である。
【図７】図６に示したＭＲＡＭの１セルを模式的に示す断面図である。
【図８】（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Ｂ−Ｂ断面図である。
【図９】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１０】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１１】光変調器の製造方法を模式的に示す図であり、（ａ）〜（ｆ）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１２】（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１３】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１４】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１５】実施例で使用した垂直磁界印加マイクロカー効果測定装置の概略構造図である。
【図１６】本発明の銀膜層を用いたスピン注入磁化反転素子のカーループを示すグラフであり、（ａ）は製膜後、（ｂ）は３５０℃−１ｈの真空熱処理を行った後の測定結果である。
【図１７】図１７は、従来の銅膜層を用いたスピン注入磁化反転素子のカーループを示すグラフであり、（ａ）は製膜後、（ｂ）は３５０℃−１ｈの真空熱処理を行った後の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
≪スピン注入磁化反転素子≫
図１に示すように、スピン注入磁化反転素子１１は、下部電極１３側から、下地層２１と、固定磁化膜層（磁化固定層）２２と、非磁性中間膜層（中間層）２３と、自由磁化膜層（磁化反転層）２４と、保護膜層（保護層）２５がこの順序で積層された構造（スピン注入磁化反転素子構造）を有しており、保護膜層２５上に上部電極１２が設けられる。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からなるスピン注入磁化反転素子１１を図示しているが、保護膜層２５は、必要に応じて設ければよい。スピン注入磁化反転素子１１としては、所謂、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）型またはＴＭＲ（Tunneling MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）型の構造を有するものが用いられる。
以下、各構成について説明する。
【００２６】
［下地層］
下地層２１は、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、銀膜層（Ａｇ膜層）からなるものである。固定磁化膜層２２の下地層材料としてＡｇを使用することで、銀膜層の強い結晶配向性によって、その上部に形成する固定磁化膜層２２の結晶配向性を高めることができる。そのため、スピン注入磁化反転素子１１において、高い垂直磁気異方性を保持することができる。これは、膜の高配向化のための熱処理や微細加工プロセスにおいて熱を加えると、従来のＣｕを用いた銅膜層（Ｃｕ膜層）では、Ｃｕの拡散により、固定磁化膜層２２の結晶配向性が悪くなったり、Ｃｕの結晶配向性が熱により変化することで固定磁化膜層２２の結晶配向性にも影響を与えて、固定磁化膜層２２の結晶配向性が悪くなったりするが、銀膜層を用いると、そのようなことが起こらないためと考えられる。なお、下地層２１におけるＡｇ濃度は、通常用いられるＡｇ濃度である９９．９％程度とすればよい。また、下地層２１の厚さは、３〜２０ｎｍが好ましい。下地層２１の厚さを３ｎｍ以上にすることで、Ａｇ（１１１）面の結晶成長が起きやすくなり、２０ｎｍ以下とすることで、表面粗さが大きくなりすぎず、素子の磁気的特性や電気的特性が劣化しない。
【００２７】
また、銀膜層の下地、すなわち、下部電極１３と、下地層２１の間には、ルテニウム膜層（Ｒｕ膜層）を配置するのが好ましい。ルテニウム膜層を備えることで、固定磁化膜層２２の結晶配向性がさらに高くなる。なお、ルテニウム膜層の厚さは、１〜３ｎｍが好ましい。ルテニウム膜層の厚さを１ｎｍ以上にすることで、ルテニウム膜層内での結晶成長が起きやすくなり、３ｎｍ以下とすることで、表面粗さが大きくなりすぎず、素子の磁気的特性や電気的特性が劣化しない。
【００２８】
［固定磁化膜層］
固定磁化膜層２２は、下地層２１と非磁性中間膜層２３の間に配置される層である。固定磁化膜層２２は、スピンを弁別するフィルタの機能を有する。
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する。そして、例えば、スピン注入磁化反転素子１１を後記する磁気抵抗効果素子とする場合には、素子としての保磁力が大きいことから、熱揺らぎや外乱に強く微細化が可能であり、これを用いた磁気ランダムアクセスメモリにおいて、メモリの高密度化を図ることができる。また、面内磁化に比べて、磁化反転電流を低減することができるため、磁気ランダムアクセスメモリとしての性能を向上させることができる。
【００２９】
また、例えば、スピン注入磁化反転素子を後記する光変調素子とする場合には、画素を構成する光変調素子に対して垂直な方向に光を入射およ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に光を入射およ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。
【００３０】
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、光変調器としての性能を向上させることができる。
【００３１】
固定磁化膜層２２は、その全部または一部が、遷移金属と貴金属との合金、前記遷移金属からなる薄膜層と前記貴金属からなる薄膜層とが交互に積層された多層膜、または、コバルト膜層（Ｃｏ膜層）とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜であることが好ましい。
すなわち、固定磁化膜層２２は、遷移金属と貴金属との合金からなる層、これらの多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層との多層膜を含むものであり、図１に示すように、遷移金属と貴金属との合金からなる層で固定磁化膜層２２の全体を構成してもよいし（図中、合金膜層と示す）、図２〜４に示すように、これらの多層膜で固定磁化膜層２２の全体を構成してもよいし（図中、コバルト膜層と白金膜層として示す。以下同じ）、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層との多層膜で構成してもよい（図示省略、ただし、白金膜層を、前記コバルト膜層以外の磁性薄膜層とすれば、図２〜４の構成となる）。さらには、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、合金膜層、遷移金属と貴金属との多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層との多層膜を一部に含む構成としてもよい。（図中、合金膜層と、遷移金属と貴金属との多層膜からなる多層膜として図示している）。なお、前記合金膜層や遷移金属と貴金属との多層膜以外に、他の金属等を用いてもよい。また、前記合金膜層や多層膜の固定磁化膜層２２における位置は、図５（ａ）、（ｂ）の形態に限られるものではなく、例えば、固定磁化膜層２２の中央に配置されていてもよい。
【００３２】
遷移金属としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ、貴金属としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔが挙げられる。また、コバルト膜層以外の磁性薄膜層としては、例えば、Ｎｉを用いたニッケル膜層（Ｎｉ膜層）が挙げられ、固定磁化膜層２２は、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜層とすることができる。なお、本発明において、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉは、遷移金属としては、どれも同等であり、Ａｕ，Ａｇ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔは、貴金属としては、どれも同等であり、前記遷移金属と前記貴金属は、どの組み合わせでも、同様の効果が得られる。また、これらについては、後記する自由磁化膜層２４においても同様である。
【００３３】
遷移金属と貴金属を含む（用いる）ことで、あるいは、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜を含む（用いる）ことで、固定磁化膜層２２において、酸化に強く、また熱耐性を高くすることができる。そのために、膜の高配向化のための熱処理や微細加エプロセス処理後においても、高い垂直磁気異方性を保持する素子とすることができる。
【００３４】
ここでは、一例として、固定磁化膜層２２を遷移金属（Ｃｏ）からなる薄膜層（コバルト膜層）と貴金属（Ｐｔ）からなる薄膜層（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）として構成した場合について、図２〜４を参照して説明する。
【００３５】
ここで、コバルト膜層およ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、０．８〜１．５ｎｍ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２〜４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。
なお、コバルト膜層や白金膜層以外の層を用いる場合も、同様である。
【００３６】
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（Ｃｏ膜層）、ニッケル膜層（Ｎｉ膜層）、鉄膜層（Ｆｅ膜層）の単層膜で形成するか、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれかを含む層（例えば、ＣｏＦｅ合金層、ＣｏＦｅＢ合金層、ＮｉＦｅ合金層）で形成するのが好ましい。これらの層を用いることで、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（後記する第２界面層Ｓ２を設けた場合）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、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。
【００３７】
［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の間に配置される層である。スピン注入磁化反転素子１１がＣＰＰ−ＧＭＲ型の磁気抵抗効果素子の場合には、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。
例えば、下部電極１３、固定磁化膜層２２、非磁性中間膜層２３、自由磁化膜層２４、上部電極１２の順に積層された素子において、上部電極１２が正の電圧（電流）となるように下部電極１３と上部電極１２間に電圧（電流）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膜層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、自由磁化膜層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、非磁性中間膜層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好ましい。非磁性金属材料の場合にはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等が好ましく、ＺｎＯ等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。
【００３８】
また、非磁性中間膜層２３としては、マグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＭｇＦ２等の絶縁体を用いることができる。その場合、スピン注入磁化反転素子１１の構造は、トンネル電流型の磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）となる。ＴＭＲ素子の場合には、非磁性中間膜層２３の厚さは、０．５〜２ｎｍ程度が好ましい。非磁性中間膜層２３を絶縁体層とすることにより、スピン注入磁化反転素子１１の磁気抵抗効果比（ＭＲ比）を改善することができ、ＭＲ比に反比例する磁化反転電流を低減することができる。
【００３９】
［自由磁化膜層］
自由磁化膜層２４は、非磁性中間膜層２３と保護膜層２５（上部電極１２）の間に配置される層である。自由磁化膜層２４は、上部電極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、スピン注入磁化反転素子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。
【００４０】
自由磁化膜層２４は、その全部または一部が、遷移金属と貴金属との合金からなる層、前記遷移金属からなる薄膜層と前記貴金属からなる薄膜層とが交互に積層された多層膜、または、コバルト膜層（Ｃｏ膜層）とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜であることが好ましい。
すなわち、自由磁化膜層２４は、遷移金属と貴金属との合金からなる層、これらの多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層との多層膜を含むものであり、図１に示すように、遷移金属と貴金属との合金からなる層で自由磁化膜層２４の全体を構成してもよいし（図中、合金膜層と示す）、図２〜４に示すように、これらの多層膜で自由磁化膜層２４の全体を構成してもよいし（図中、コバルト膜層と白金膜層として示す。以下同じ）、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層との多層膜で構成してもよい（図示省略、ただし、白金膜層を、前記コバルト膜層以外の磁性薄膜層とすれば、図２〜４の構成となる）。さらには、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、合金膜層、遷移金属と貴金属との多層膜、または、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層との多層膜を一部に含む構成としてもよい。（図中、合金膜層と、遷移金属と貴金属との多層膜からなる多層膜として図示している）。なお、前記合金膜層や遷移金属と貴金属との多層膜以外に、他の金属等を用いてもよい。また、前記合金膜層や多層膜の自由磁化膜層２４における位置は、図５（ａ）、（ｂ）の形態に限られるものではなく、例えば、自由磁化膜層２４の中央に配置されていてもよい。
【００４１】
遷移金属と貴金属を含む（用いる）ことで、あるいは、コバルト膜層とコバルト膜層以外の磁性薄膜層とが交互に積層された多層膜を含む（用いる）ことで、自由磁化膜層２４において、酸化に強く、また熱耐性を高くすることができる。そのために、膜の高配向化のための熱処理や微細加エプロセス処理後においても、高い垂直磁気異方性を保持する素子とすることができる。
【００４２】
ここでは、一例として、自由磁化膜層２４を遷移金属（Ｃｏ）からなる薄膜層（コバルト膜層）と貴金属（Ｐｔ）からなる薄膜層（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）として構成した場合について、図２〜４を参照して説明する。
【００４３】
コバルト膜層およ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。
なお、コバルト膜層や白金膜層以外の層を用いる場合も、同様である。
【００４４】
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（Ｃｏ膜層）、ニッケル膜層（Ｎｉ膜層）、鉄膜層（Ｆｅ膜層）の単層膜で形成するか、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれかを含む層（例えば、ＣｏＦｅ合金層、ＣｏＦｅＢ合金層、ＮｉＦｅ合金層）で形成するのが好ましい。固定磁化膜層２２の場合と同様に、これらの層を用いることで、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。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。
【００４５】
［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、スピン注入磁化反転素子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、スピン注入磁化反転素子１１を光変調素子として用いる場合には、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スピン注入磁化反転素子１１に用いることが好ましい。
【００４６】
このスピン注入磁化反転素子１１は、図１〜５に示すように、一対の電極である上部電極１２と下部電極１３に上下で接続されて、膜面に垂直に電流を供給される。また、上部電極１２と下部電極１３の隙間、すなわちスピン注入磁化反転素子１１の側面に隣接する領域には絶縁体１５が埋め込まれている。
【００４７】
＜下部電極＞
下部電極１３は、スピン注入磁化反転素子１１に電圧（電流）を印加するための一対の電極のうち、片方の電極である。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。また、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の透明電極材料を用いてもよい。なお、上部電極１２と下部電極１３のいずれか、またはその両方をＩＺＯ、ＩＴＯ等の透明電極にすることで、後記するスピン注入型の光変調素子を形成することができる。下部電極１３の幅は、下部電極１３上に形成するスピン注入磁化反転素子１１の形状に合わせて、適宜、定められる。
【００４８】
＜上部電極＞
上部電極１２は、スピン注入磁化反転素子１１に電圧（電流）を印加するための一対の電極のうち、片方の電極である。上部電極１２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。また、ＩＺＯ、ＩＴＯ等の透明電極材料を用いてもよい。
【００４９】
＜絶縁体＞
絶縁体１５は、上部電極１２および下部電極１３の間に設けられる、これらの電極間を絶縁するための部材である。絶縁体１５としては、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の従来公知の絶縁材料を用いればよい。
【００５０】
このスピン注入磁化反転素子１１は、例えば、磁気抵抗効果素子として、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）や、光変調素子として、光変調器に用いることができる。以下、スピン注入磁化反転素子１１を用いたＭＲＡＭおよび光変調器の一例について説明するが、ＭＲＡＭや、光変調器の構成としてはこれに限定されるものではない。
【００５１】
≪磁気ランダムアクセスメモリ≫
磁気ランダムアクセスメモリは、前記記載のスピン注入磁化反転素子を用いたものであり、例えば、二次元アレイ状または三次元アレイ状に配置されてなるものである。
【００５２】
図６に示すように、ＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）１００は、複数のセル１０１を備えている。本実施形態では、セル１０１は、平面視で４×４のマトリクス状に２次元配列されている（二次元アレイ状に配置されている）。なお、ＭＲＡＭ１００は、ビット線選択部１０２と、ゲート配線選択部１０３と、電流源１０４と、電流制御部１０５と共に、記録装置Ｒを構成する。
【００５３】
＜制御装置＞
制御装置１０６は、４本のビット線１０７から電流を流すビット線１０７を選択するビット線選択部１０２と、４本のゲート配線１０８から電流を流すゲート配線１０８を選択するゲート配線選択部１０３と、ビット線選択部１０２およびゲート配線選択部１０３に電流を供給する電流源１０４と、ビット線選択部１０２、ゲート配線選択部１０３および電流源１０４を制御する電流制御部１０５とを備えている。
【００５４】
ビット線選択部１０２は、横方向に配置したセル１０１を選択し、ゲート配線選択部１０３は、縦方向に配置したセル１０１を選択する。これらビット線選択部１０２およびゲート配線選択部１０３によって、１個のセル１０１が特定されることとなる。
電流源１０４は、セル１０１にパルス電流を供給するものである。なお、直流電流を供給するように構成してもよい。
電流制御部１０５は、ビット線選択部１０２、ゲート配線選択部１０３および電流源１０４を制御するものである。この電流制御部１０５は、各セル１０１に流れる電流の方向および大きさを制御して、各セル１０１にスピン注入することによって、セル１０１中の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）１１（図７参照）の磁化を反転させる。ＭＲ素子１１はスピン注入磁化反転素子であり、具体的には、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子またはＴＭＲ素子である。なお、ＭＲＡＭ１００における制御装置の作用機構の詳細は、後記する光変調器１０における制御装置と同様である。
【００５５】
＜ＭＲＡＭ＞
図７は、図６に示したＭＲＡＭの１セルを模式的に示す断面図である。図７に示すように、セル１０１において、ＭＲ素子１１の上面は、上部電極１２を介してビット線１０７と接続されている。また、ＭＲ素子１１の下面は、下部電極１３、引き出し電極１１１、プラグ１１２を介して、半導体基板１２０の表面のソース／ドレイン領域のうち、ドレイン領域１１３ａと接続されている。ドレイン領域１１３ａは、ソース領域１１３ｂ、基板１２０上に形成されたゲート絶縁膜１１４、ゲート絶縁膜１１４上に形成されたゲート配線（ゲート電極）１０８と共に、選択トランジスタＴｒを構成する。選択トランジスタＴｒとＭＲ素子１１とは、ＭＲＡＭ１００の１つのセル１０１を構成する。ソース領域１１３ｂは、プラグ１１５を介してもう１つのビット線（配線層）１１６と接続されている。そして、ＭＲ素子１１の周囲には、絶縁材（絶縁体１５）が配置されている。なお、引き出し電極１１１を用いずに、下部電極１３の下方にプラグ１１２が設けられ、下部電極１３とプラグ１１２が直接接続されていてもよい。
【００５６】
＜電流制御部の機能＞
次に、電流制御部１０５の行うスピン注入についてして説明する。ＭＲ素子１１は、膜面を貫いて流れる電流の方向に応じて、２つの定常状態の一方を取るように構成された素子である。各定常状態を、“０”データ、“１”データに対応させることによって、ＭＲ素子１１は、２値のデータを記憶できる。そして、ＭＲ素子１１は、スピン注入書き込み方式によって、磁化の状態が変化し、この状態に応じた情報を記憶する。例えば、ＭＲ素子１１に対して、上部電極１２と下部電極１３との間で、電流が上部電極１２側から下部電極１３側へと膜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。この低抵抗状態に対して、記録ビットに「０」の値を割り当てることができる。一方、下部電極１３側から上部電極１２側へと膜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。この高抵抗状態に対して、記録ビットに「１」の値を割り当てることができる。
電流制御部１０５は、このように、ＭＲ素子１１に流す電流の大きさや向きを変化させることで、スピン注入を行い、自由磁化膜層２４の磁化方向の向きや大きさを制御することができる。
【００５７】
そして、ＭＲ素子１１として本発明のスピン注入磁化反転素子１１を用いるため、メモリを高密度化することができ、また、磁化反転電流の低減を図ることができる。
【００５８】
なお、２次元配列されたセル１０１を高さ方向に積み重ね、３次元配列（三次元アレイ状に配置）してもよい。３次元配列の立体構造とすることで、体積密度を高めることができ、さらにメモリを高密度化することができる。
【００５９】
≪光変調器≫
光変調器は、前記記載のスピン注入磁化反転素子を用いたものであり、前記スピン注入磁化反転素子が、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る。そして、光変調器は、例えば、このような光変調素子を二次元アレイ状（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。
【００６０】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る光変調器は、光変調素子（スピン注入磁化反転素子）の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。
【００６１】
図８（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（スピン注入磁化反転素子）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電極（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９参照）。
【００６２】
＜基板＞
基板１４は、下部電極１３、光変調素子１１および上部電極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および上部電極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（Ｓｉウエハ）、プラスチック基板、ガラス基板、セラミックス基板等を用いることができる。
【００６３】
＜下部電極＞
下部電極１３は、光変調素子１１に電圧（電流）を印加するための一対の電極のうち、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。その他については、前記スピン注入磁化反転素子の項目で説明したとおりである。
【００６４】
＜上部電極＞
上部電極１２は、光変調素子１１に電圧（電流）を印加するための一対の電極のうち、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。その他については、前記スピン注入磁化反転素子の項目で説明したとおりである。
【００６５】
＜光変調素子＞
光変調素子１１は、下部電極１３と上部電極１２との間に一定の電圧（電流）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８（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。また、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、上部電極１２、下部電極１３および光変調素子１１の成膜技術（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。
【００６６】
＜制御装置＞
図８（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および電源８１の動作制御を司る制御部８４とを備えている。
【００６７】
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および上部電極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。
【００６８】
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および上部電極選択部８３の動作制御が行われる。
【００６９】
ここで、偏向フィルタについて、図９を参照して説明する。
＜偏光フィルタ＞
図９（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９（ａ），（ｂ）に示されている状態について、図９を参照して以下に説明する。
【００７０】
＜光変調素子の駆動＞
図９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９（ａ），（ｂ）には、それぞれ、下部電極１３と上部電極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９（ａ），（ｂ）に示す固定磁化膜層２２および自由磁化膜層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。また、以下、固定磁化膜層２２は、磁化が上向きに固定され、自由磁化膜層２４は、初期状態では、磁化が下を向いているとする。
【００７１】
図９（ａ）に示すように、上部電極１２と下部電極１３との間で電流が上部電極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９（ｂ）に示すように、下部電極１３側から上部電極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ことが期待される。
【００７２】
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９（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９（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９（ｂ）の光変調素子１１の場合のように、偏光軸７３で示される左回転が生じる方向を「負方向（−方向、−θ）」とする。
【００７３】
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９（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９（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。
【００７４】
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９（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９（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９（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。
【００７５】
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。
【００７６】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る光変調器は、光変調素子（スピン注入磁化反転素子）の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。
【００７７】
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１０（ａ），（ｂ）参照）。
光変調素子１１は、下部電極１３と上部電極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。
【００７８】
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。
【００７９】
＜光変調素子の駆動＞
図１０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１０（ａ），（ｂ）には、それぞれ、下部電極１３と上部電極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。
【００８０】
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１０（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１０（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１０（ｂ）の光変調素子１１の場合のように、偏光軸７３で示される左回転が生じる方向を「負方向（−方向、−θ）」とする。
【００８１】
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１０（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１０（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。
【００８２】
そして、光変調素子１１として本発明のスピン注入磁化反転素子１１を用いるため、高精細な光変調を高速に行うことができまた、磁化反転電流の低減を図ることができる。
【００８３】
≪光変調器の製造方法≫
次に、光変調器の製造方法の一例について、図１１を参照して説明する。なお、下地層２１を構成するＡｇは、腐食性が高い材料であり、大気にさらされると、水分を吸収して腐食しやすくなり、また抵抗値が上がるため、下地層２１をできるだけ露出させないようにするのが好ましい。よって、ここでは、下地層を露出させない方法の一例として、図４に示す形態を作製する場合について説明する。また、ここでは、光変調器を構成する１つの画素（光変調素子）が作製される場合を図示して説明する。
【００８４】
光変調器の製造方法は、前記記載の光変調器の製造方法であり、素子構造体作製工程と、レジスト形成工程と、部分除去工程と、絶縁体堆積工程と、レジスト除去工程と、を含む。
以下、各工程について説明する。なお、ここでは、保護膜層２５を設ける場合について図示する。
【００８５】
＜素子構造体作製工程＞
素子構造体作製工程は、基板１４上に、下部電極１３と、下地層２１と、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、必要に応じて保護膜層２５をこの順序で製膜して、これらの層からなる素子構造体（光変調素子）Ｃを作製する工程である。なお、基板１４と下部電極１３の間に、ルテニウム膜層（図示省略）を設けてもよい（ルテニウム膜層製膜工程）。この工程では、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（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、公知の技術を用いて、真空中で一貫して製膜する（図１１（ａ））。
【００８６】
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。
【００８７】
＜レジスト形成工程＞
レジスト形成工程は、素子構造体Ｃの上面に、レジストパターンを形成する工程である。この工程では、素子構造体Ｃの層上に、画素サイズのレジスト９１を形成し、レジストパターンを形成する（図１１（ｂ））。レジスト９１の形成は、例えば、１００ｎｍ×３００ｎｍのレジストパターン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
。
【００８８】
＜部分除去工程＞
部分除去工程は、素子構造体Ｃにおいて、レジストパターンのレジスト９１が形成されていない部位をエッチングまたはミリング加工により部分除去する工程である。この工程では、前記部位を、素子構造体Ｃの膜厚方向の所定位置まで（所定の厚み）部分除去するが、ここでは、非磁性中間膜層２３が素子構造体Ｃの表面に露出するように（非磁性中間膜層２３の表面が露出するように）部分除去を行う。すなわち、非磁性中間膜層２３の上面まで（表面が露出するまで）、あるいは非磁性中間膜層２３の途中まで部分除去を行う。つまり、素子構造体Ｃの層を、非磁性中間膜層２３の手前まで、または途中までエッチングする、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ミリング加工する（図１１（ｃ））。このようにすれば、銀膜層のＡｇが大気にさらされることがないため、下地層２１が腐食しにくく、また、抵抗値が上昇することもない。
【００８９】
＜絶縁体堆積工程＞
絶縁体堆積工程は、部分除去された部位（溝）を有する素子構造体Ｃの上面に、絶縁体１５を堆積する工程である。部分除去工程後、レジスト９１を剥離せずに、アルミナや酸化珪素等の絶縁材料（絶縁体１５）を全面に堆積し、ミリング加工等により形成された溝を絶縁体１５で埋める（図１１（ｄ））。絶縁体１５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る。溝に堆積する絶縁体１５の厚さは、溝深さと同程度か、それ以上厚くする。また、レジスト９１を除去する前に堆積するため、レジスト９１上にも絶縁体１５が堆積する。
【００９０】
＜レジスト除去工程＞
レジスト除去工程は、レジスト９１を除去する工程である。絶縁体１５を堆積した後、レジスト剥離液に浸して、リフトオフ（レジスト９１（レジストパターン）の剥離）する。あるいは、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical Polishing：化学機械研磨）法により、レジスト９１を除去してもよい（図１１（ｅ））。なお、ＣＭＰ処理等を行う場合には、素子構造体Ｃの最上部に形成されている保護膜層２５（素子構造体Ｃ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。
【００９１】
＜上部電極形成工程＞
上部電極形成工程は、レジスト９１が除去された素子構造体Ｃの上面に、上部電極１２を形成する工程である。
レジスト９１を除去した後、保護膜層２５（素子構造体Ｃの最上層）の上面（上部）に、上部電極１２を形成する（図１１（ｆ））。上部電極１２は、素子構造体Ｃ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。この上部電極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。
【００９２】
なお、図１、２、５の形態とする場合には、下部電極１３が素子構造体Ｃの表面に露出するように（下部電極１３の表面が露出するように）、すなわち、下部電極１３の上面（手前）まで、または下部電極１３の途中まで、ミリング加工等を行えばよく、図３の形態とする場合には、下地層２１が素子構造体Ｃの表面に露出するように（下地層２１の表面が露出するように）、すなわち、下地層２１の上面（手前）まで、または下地層２１の途中まで、ミリング加工等を行えばよく、その他については、前記と同様である。
【００９３】
また、本発明を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、素子構造体作製工程の後に、熱処理工程を含めてもよい。以下、熱処理工程の一例について説明する。
【００９４】
＜熱処理工程＞
熱処理工程は、前記作製された素子構造体Ｃに熱処理を施す工程である。すなわち、基板１４上に形成された素子構造体Ｃ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の特性変化を抑制するために行われる。熱処理条件としては、例えば１９０〜５００℃で１時間の真空熱処理を行う。この熱処理における光変調素子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が好ましい。
【００９５】
その他、例えば、基板１４を洗浄する基板洗浄工程や、基板１４に下地処理を施す下地処理工程や、ごみ等の不要物を除去する不要物除去工程等、他の工程を含めてもよい。
【００９６】
≪表示装置≫
図１２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。図１２（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１２（ａ）の形態では、ハーフミラー１６を備えている。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
≪ホログラフィ装置≫
図１３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１３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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１３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。
【０１０２】
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１３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。
【０１０３】
≪ホログラム記録装置≫
図１４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１４では光変調器１０の詳細な構造は省略している。また、図１４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。
【０１０４】
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、２系統の光（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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
例えば、スピン注入磁化反転素子の構成において、図１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、保護膜層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。この場合も、下地である銀膜層の強い結晶配向性によって、その上部に形成する自由磁化膜層２４の結晶配向性を高めることができる。さらに、固定磁化膜層２２を２層用い、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、固定磁化膜層２２、保護膜層２５の順に積層した、いわゆる二重スピン注入方式の構造であってもよい。
【０１０８】
また、光変調器の製造方法において、以下のようにして、素子構造体Ｃを形成してもよい。
まず、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する。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、下部電極１３を形成する。また、下部電極１３を形成する領域（部位）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。また、基板１４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１３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。
続いて、下部電極１３間の溝を絶縁体１５で埋め、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等により逐次成膜し、光変調素子１１の層を形成する。
【０１０９】
さらに、光変調器の製造方法において、以下のようにして、素子構造体Ｃの部分除去およびレジストの除去を行ってもよい。
まず、レジスト９１（レジストパターン）をエッチングマスクとして用いて、素子構造体Ｃをエッチングまたはミリング加工し、その後、レジスト９１（レジストパターン）を除去して光変調素子を形成させる。次に、ＣＶＤ法等により、光変調素子間を絶縁体１５で埋める。その後、必要に応じてＣＭＰ処理等により光変調素子を含む表面を平滑にしてもよい。あるいは、絶縁体１５を全体に堆積し、ＣＭＰ処理等により、素子部が露出するまで絶縁体１５を研磨してもよい。
【実施例】
【０１１０】
次に本発明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。
【０１１１】
スピン注入磁化反転素子を用いたサンプルの製造においては、前記記載の光変調器の製造方法に従い、まず、酸化膜付シリコン基板上に、下部電極、下地層、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、保護膜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、非磁性中間膜層の手前（上面）までミリング加工した。次に、レジストを剥離せずにそのまま、絶縁体としてＳｉＯ２を全面に堆積した後、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、上部電極として形成した。
【０１１２】
下地層の構成は、Ａｇ（２０ｎｍ）とし、固定磁化膜層の構成は、Ｃｏ（０．２ｎｍ）とＰｄ（１．２ｎｍ）を交互に１１回積層した多層膜とし、自由磁化膜層の構成は、Ｃｏ（０．３ｎｍ）とＰｔ（１ｎｍ）を交互に３回積層した多層膜とした。そして、非磁性中間膜層の構成は、ＭｇＯ（１ｎｍ）とし、トンネルスピン注入型のスピン素子をスピン注入光変調素子として形成した。また、保護膜層の構成は、Ｒｕ（３ｎｍ）とした。
【０１１３】
また、比較例として、Ｃｕ（２０ｎｍ）の下地層を使用したサンプルを前記と同様の方法で作製した。その他の構成は、前記と同様である。
【０１１４】
そして、作製後のサンプル（製膜後）、および、製膜後のサンプルに対して３５０℃−１ｈの真空熱処理を行った後の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、図１５に示す垂直磁界印加マイクロカー効果測定装置（ネオアーク社製）を用いて、測定した。なお、図１５において、ヨーク電磁石は、対物レンズ、および、ピエゾステージの周囲に配置されているものとする。
測定条件は、光源：４０８ｎｍ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ、ＮＡ：０．５５、スポット径：１μｍ以下であり、入射光≒０度で直線偏光のレーザ光を照射した。
結果を図１６、１７に示す。なお、１「Ｏｅ」＝約７９．５７７「Ａ／ｍ」である。
【０１１５】
図１６は、本発明の銀膜層を用いたスピン注入磁化反転素子のカーループを示すグラフであり、（ａ）は製膜後、（ｂ）は３５０℃−１ｈの真空熱処理を行った後の測定結果である。図１７は、従来の銅膜層を用いたスピン注入磁化反転素子のカーループを示すグラフであり、（ａ）は製膜後、（ｂ）は３５０℃−１ｈの真空熱処理を行った後の測定結果である。
【０１１６】
図１６に示すように、本発明のＡｇを使用した下地層（銀膜層）では、高い垂直磁気異方性が得られ、設計通りの保磁力差型カーループが観測された。また、熱処理後には自由磁化膜層および固定磁化膜層の保磁力がともに増大している。これは、熱処理によって自由磁化膜層および固定磁化膜層に用いたＣｏ、Ｐｔ、Ｐｄ等の各層の結晶配向性が改善されたためと考えられる。
【０１１７】
一方、図１７に示すように、従来のＣｕを用いた下地層（銅膜層）では、製膜後において、既に自由磁化膜層の磁化方向がやや斜めに倒れおり、垂直磁気異方性が小さいことがわかる。また、３５０℃−１ｈの真空熱処理を行うと、固定磁化膜層の磁化方向も傾いてしまい、固定磁化膜層と自由磁化膜層の区別ができない状態にまで磁気特性が劣化した。
このように、Ａｇを下地層とする本発明のスピン注入磁化反転素子は、従来のＣｕを下地層とするスピン注入磁化反転素子に比べて高い垂直磁気異方性を有し、３００度以上の熱処理によっても垂直磁気異方性が劣化することがないことがわかる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０      光変調器
１１      スピン注入磁化反転素子（光変調素子，磁気抵抗効果素子）
１２      上部電極
１３      下部電極
１４      基板
１５      絶縁体
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
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
１００    磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）
【図１】
2011060918.tif 000003
【図２】
2011060918.tif 000004
【図３】
2011060918.tif 000005
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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