(57)【要約】【課題】  より大きい旋光角度が得られるべく、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、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（２０）と、磁化方向が固定された磁化方向固定層（４０）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（３０）と、を有する積層体素子本体からなり、磁化方向可変層は、透明性を有する磁性半導体材料から構成される。【選択図】  図１
2011002604.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、
前記磁化方向可変層は、透明性を有する磁性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は、磁化方向可変層と、非磁性中間層と、磁化方向固定層とが順次積層されることにより形成されており、
前記磁化方向可変層および磁化方向固定層は、透明性を有する磁性半導体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】
前記非磁性中間層は、透明性を有する半導体材料から構成される、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】
前記磁化方向可変層および前記非磁性中間層は、各々構成される主成分が同一である、請求項３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および前記非磁性中間層は、各々構成される同一の主成分がＴｉＯ2、またはＺｎＯである請求項４に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項６】
前記磁化方向可変層はＣｏ添加のＴｉＯ2から構成され、
前記非磁性中間層は、Ｎｂ添加のＴｉＯ2から構成される請求項５に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項７】
前記磁化方向可変層はＭｎ添加のＺｎＯから構成され、
前記非磁性中間層は、ＺｎＯから構成される請求項５に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項８】
前記磁化方向可変層、前記磁化方向固定層および前記非磁性中間層は、各々構成される同一の主成分がＴｉＯ2、またはＺｎＯである請求項４に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項９】
前記磁化方向可変層および前記磁化方向固定層は、Ｃｏ添加のＴｉＯ2から構成され、
前記非磁性中間層は、Ｎｂ添加のＴｉＯ2から構成される請求項８に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項１０】
前記磁化方向可変層および前記磁化方向固定層は、Ｍｎ添加のＺｎＯから構成され、
前記非磁性中間層は、ＺｎＯから構成される請求項８に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項１１】
前記磁化方向可変層の下には、格子整合層が形成されており、
前記磁化方向可変層が格子整合層に対してエピタキシャル成長してなる請求項２に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項１２】
前記磁化方向可変層の下には、格子整合層が形成されており、
前記磁化方向可変層、前記非磁性中間層、および前記磁化方向固定層がエピタキシャル成長してなる請求項２に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項１３】
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ないし請求項１２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１４】
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）、酸化アンチモンー酸化錫（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）である請求項１３に記載のスピン注入型の空間光変調素子。
【請求項１５】
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１４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１６】
請求項１ないし請求項１５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の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
【特許文献６】特開２００８−１７７２７１号公報
【特許文献７】特開２００７−２４２５９４号公報
【００１１】
しかしながら、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がある。そのため、従来技術の欠点を改善し、より大きい旋光角度が得られる新規な構造の素子の提案が強く望まれている。
【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、より大きい旋光角度が得られるべく、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、前記磁化方向可変層は、透明性を有する磁性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より好ましい態様として、前記積層体素子本体は、磁化方向可変層と、非磁性中間層と、磁化方向固定層とが順次積層されることにより形成されており、前記磁化方向可変層および磁化方向固定層は、透明性を有する磁性半導体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より好ましい態様として、前記非磁性中間層は、透明性を有する半導体材料から構成される。
【００１６】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層および前記非磁性中間層は、各々構成される主成分が同一であるように構成される。
【００１７】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層および前記非磁性中間層は、各々構成される同一の主成分がＴｉＯ2、またはＺｎＯであ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より好ましい態様として、前記磁化方向可変層はＣｏ添加のＴｉＯ2から構成され、前記非磁性中間層は、Ｎｂ添加のＴｉＯ2から構成される。
【００１９】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層はＭｎ添加のＺｎＯから構成され、前記非磁性中間層は、ＺｎＯから構成される。
【００２０】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層、前記磁化方向固定層および前記非磁性中間層は、各々構成される同一の主成分がＴｉＯ2、またはＺｎＯであるように構成される。
【００２１】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層および前記磁化方向固定層は、Ｃｏ添加のＴｉＯ2から構成され、前記非磁性中間層は、Ｎｂ添加のＴｉＯ2から構成される。
【００２２】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層および前記磁化方向固定層は、Ｍｎ添加のＺｎＯから構成され、前記非磁性中間層は、ＺｎＯから構成される。
【００２３】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層の下には、格子整合層が形成されており、前記磁化方向可変層が格子整合層に対してエピタキシャル成長してなるように構成される。
【００２４】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより好ましい態様として、前記磁化方向可変層の下には、格子整合層が形成されており、前記磁化方向可変層、前記非磁性中間層、および前記磁化方向固定層がエピタキシャル成長してなるように構成される。
【００２５】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより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。
【００２６】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより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）、酸化アンチモンー酸化錫（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）であるように構成される。
【００２７】
また、本発明のスピン注入型の空間光変調素子のより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。
【００２８】
本発明の光変調器は、前記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の配置して構成される。
【発明の効果】
【００２９】
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、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、前記磁化方向可変層は、透明性を有する磁性半導体材料から構成されるので、より大きい旋光角度が得られるべく、極めて高い磁気光学性能を有するという効果が発現する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
図１は、本願発明のスピン注入型の空間光変調素子の好適な実施形態の概略断面図であって、特に、当該図面はカー効果およびファラデー効果を用いた空間光変調素子の単純化された概念図である。
【００３３】
図１に示されるように、本願発明のスピン注入型の空間光変調素子は、下側から下部電極層１１、格子整合層８（場合によっては下地層）、磁化方向可変層４０、非磁性中間層３０、磁化方向固定層２０、反強磁性層１０、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。
【００３４】
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を備え、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。
【００３５】
また、図１に示される素子は、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも上部に配置されており、本願ではこのような素子形態を、「トップ型」の空間光変調素子と呼ぶ。なお、これとは反対に、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも下部（いわゆる基板側）に配置された場合の素子形態を、「ボトム型」と呼ぶ。
【００３６】
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。また、多重反射の効果を得ながら反射光の強度が減衰しない系の構築が望まれる。そのためには、磁化方向固定層２０および磁化方向可変層４０の磁性層に、（１）磁性層そのものが、可視光に対して透明であること、（２）スピン注入磁化反転を行うために導電性に優れていること、（３）スピン注入磁化反転を行うための磁化を持つこと、および、（４）高い磁気光学効果を有すること、を満たすような材料の選定が必要となる。
【００３７】
このような各要件を全て満たす材料が、例えば、Ｃｏ添加ＴｉＯ2、Ｆｅ添加ＴｉＯ2、Ｍｎ添加ＺｎＯ等の常温で磁性を示す透明磁性半導体である。これらについては、後に詳述する。
【００３８】
しかしながら、磁化や導電性に対する要求を満たす透明磁性半導体は形成が困難であり、いわゆる下地との整合性が重要となることが多い。よって、磁化方向の固定のための反強磁性層等の形成を考慮に入れなくても良い磁化方向可変層４０を基板の上に先に形成する構造（いわゆる「トップ型」）とし、磁化方向可変層４０の下地として、格子整合層を形成するように構成することが好ましい態様となる。
【００３９】
これにより、格子整合層の上に形成される磁化方向可変層４０はエピタキシャル成長することができ得る。また、このような磁化方向可変層４０の上に形成される非磁性中間層３０、および非磁性中間層３０の上に形成される磁化方向固定層２０の材料構成を考慮することにより、これらを連続的に、エピタキシャル成長させ得ることができる。これらについては、後に詳述する。
【００４０】
なお、ファラデー効果による旋光角はその効果を持つ層の厚さに比例するが、一般的には厚すぎる磁性層のスピン注入による反転は困難となる傾向がある。つまりファラデー効果と磁化反転のし易さとは、トレードオフの関係にある。しかしながら、全透過型のＳｌＭが構築できれば、縦方向に素子を積層する事で磁化反転の容易さを損なわないファラデー効果のエンハンスが期待できる。
【００４１】
以下、本願発明の各構成要件について、詳細に説明する。
【００４２】
〔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。
【００４３】
本発明における磁化方向可変層４０は、透明性を有する磁性半導体材料（以下、「透明磁性半導体材料」と称す場合も有る）から構成される。
【００４４】
ここで、『透明性を有する』とは、「光波長帯域４００〜７００ｎｍにおいて、ガラスの光透過率を１００％とした時に、対象となる膜の平均光透過率が８０％を超えること」、として定義される。
【００４５】
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磁性半導体材料から構成されることが望ましい。
【００４６】
磁化方向は、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、磁化方向は水平方向である。
【００４７】
磁化方向可変層４０を構成する透明性を有する磁性半導体材料としては、Ｃｏ添加ＴｉＯ2、Ｆｅ添加ＴｉＯ2、Ｍｎ添加ＺｎＯ等の、常温で磁性を示す透明磁性半導体が挙げられる。
【００４８】
Ｃｏ添加ＴｉＯ2（以下、単に「Ｃｏ−ＴｉＯ2」と称することもある）の場合、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＣｏを１〜１２atomic％（原子％）含有させることによって構成される。
【００４９】
また、Ｆｅ添加ＴｉＯ2（以下、単に「Ｆｅ−ＴｉＯ2」と称することもある）の場合、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＦｅを１〜１０atomic％（原子％）含有させることによって構成される。
【００５０】
また、Ｍｎ添加ＺｎＯ（以下、単に「Ｍｎ−ＺｎＯ」と称することもある）の場合、磁性と導電性を付与するために、ＺｎＯにＭｎを１〜１２atomic％（原子％）含有させることによって構成される。
【００５１】
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。
【００５２】
なお、本発明における好適な態様として、磁化方向可変層４０を基板側（下側）に設けるいわゆる「トップ型」素子形態においては、磁化方向可変層４０の材料選定によって、その層４０の下地層として所望の格子整合層を設けることが光学特性の向上の観点から極めて好ましいことがある。さらには、磁化方向可変層４０の材料選定によっては、その上に形成される非磁性中間層３０、磁化方向固定層２０の材料選定が重要になる場合もある。これらのお互いの各層の関係については、後に、纏めて詳述することにする。
【００５３】
〔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、磁化方向は水平方向となっている。なお、図１に示されるように、磁化方向固定層２０の磁化方向が水平方向の場合には、磁化方向可変層４０の磁化方向も水平方向とされる。これとは逆に、磁化方向固定層２０の磁化方向が垂直方向の場合には、磁化方向可変層４０の磁化方向も垂直方向とされる。
【００５４】
磁化方向固定層２０は、好適には、透明性を有する磁性半導体材料から構成されることが望ましい。こうすることによって、多重反射の効果を得ながら反射光の強度が減衰しない理想的とも言える系を構築することができる。
【００５５】
好適な態様として磁化方向固定層２０を構成する透明性を有する磁性半導体材料としては、上記の磁化方向可変層４０と同様な材料を用いることができる。磁性層の厚さも同様程度にすればよい。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。
【００５６】
磁化方向固定層２０は、好適には、前述したような透明磁性半導体材料を用いることが望ましい。それ以外のその他の材料として、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等の人工格子等を用いることもできる。ただし、その他の材料の場合には、透明磁性半導体材料を用いる場合と比べて光学特性が若干低下する傾向が生じる。
【００５７】
一般に、図１に示されるように磁化方向固定層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１０が接合した状態で形成される。
【００５８】
スピン固着層１０を構成する反強磁性材料としては、例えば、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｉｒ，ＣｒおよびＦｅのグループの中から選ばれた少なくとも１種からなる元素Ｍ´と、Ｍｎとを含む反強磁性材料が例示できる。Ｍｎの含有量は３５〜９５原子％とすることが好ましい。反強磁性材料の中には、（１）熱処理しなくても反強磁性を示して強磁性材料との間で交換結合磁界を誘起する非熱処理系反強磁性材料と、（２）熱処理により反強磁性を示すようになる熱処理系反強磁性材料とがある。本発明においては（１）、（２）のいずれのタイプを用いても良い。非熱処理系反強磁性材料としては、ＲｕＲｈＭｎ，ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等が例示できる。熱処理系反強磁性材料としては、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＰｔＲｈＭｎ等が例示できる。
【００５９】
スピン固着層１０の厚さは、３〜１０ｎｍ程度とされる。
【００６０】
〔非磁性中間層３０の構成〕
図１に示されるごとく非磁性中間層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。
【００６１】
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。介在される任意の層としては、スピン伝導を妨げない非磁性層（例えば、Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｕ，Ａｇ）が用いられ得る。
【００６２】
本発明における非磁性中間層３０としては、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｕ等の非磁性材料や、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を用いることができる。中でも、特に、透明性を有する材料から構成されることが望ましい。
【００６３】
特に、非磁性中間層３０の材料選定にあたっては、磁化方向可変層４０と磁化方向固定層２０に選定された具体的な透明磁性半導体の材料を考慮に入れつつ、下記の要領に従って選定することが望ましい。すなわち、
（１）磁化方向可変層４０および非磁性中間層３０は、各々構成される主成分が同一であり、そして、両者は添加物などにより区別されるように構成されることが望ましい。
【００６４】
以下、好適例を挙げて具体的に説明する。
【００６５】
（１−ｉ）  磁化方向可変層４０をＣｏ添加ＴｉＯ2（Ｃｏ−ＴｉＯ2）の透明磁性半導体とし、非磁性中間層３０をＮｂ添加ＴｉＯ2（Ｎｂ−ＴｉＯ2）とする。Ｎｂ−ＴｉＯ2は透明性を有する半導体である。
【００６６】
主成分はＴｉＯ2であり双方の層で同一である。この場合、磁化方向可変層４０におけるＣｏ添加量（含有量）は上述したとおりであり、非磁性中間層３０におけるＮｂ添加量（含有量）は、１〜１０atomic％（原子％）とされる。
【００６７】
Ｃｏ添加量とＮｂ添加量は、磁性と導電性、ならびに可視光透過性の観点から決定されるが、ベースとなるＴｉＯ2の格子定数が大きくは変化しないため、磁化方向可変層４０−非磁性中間層３０は、エピタキシャル成長による積層形成が可能となる。
【００６８】
（１−ii）  磁化方向可変層４０をＭｎ添加ＺｎＯ（Ｍｎ−ＺｎＯ）の透明磁性半導体とし、非磁性中間層３０をＺｎＯとする。ＺｎＯは透明性を有する半導体である。
【００６９】
主成分はＺｎＯであり双方の層で同一である。この場合、磁化方向可変層４０におけるＭｎ添加量（含有量）は上述したとおりである。
【００７０】
Ｍｎ添加量は、磁性と導電性、ならびに可視光透過性の観点から決定されるが、ベースとなるＺｎＯの格子定数が大きくは変化しないため、磁化方向可変層４０−非磁性中間層３０は、エピタキシャル成長による積層形成が可能となる。
【００７１】
（１−iii）  磁化方向可変層４０をＦｅ添加ＴｉＯ2（Ｆｅ−ＴｉＯ2）の透明磁性半導体とし、非磁性中間層３０をＮｂ添加ＴｉＯ2（Ｎｂ−ＴｉＯ2）とする。Ｎｂ−ＴｉＯ2は透明性を有する半導体である。
【００７２】
主成分はＴｉＯ2であり双方の層で同一である。この場合、磁化方向可変層４０におけるＦｅ添加量（含有量）は上述したとおりである。
【００７３】
Ｆｅ添加量とＮｂ添加量は、磁性と導電性、ならびに可視光透過性の観点から決定されるが、ベースとなるＴｉＯ2の格子定数が大きくは変化しないため、磁化方向可変層４０−非磁性中間層３０は、エピタキシャル成長による積層形成が可能となる。
【００７４】
（２）磁化方向可変層４０、非磁性中間層３０、および磁化方向固定層２０は、各々構成される主成分が同一であるように構成され、そして、磁性層２０，４０と、中間層３０とは、添加物などにより区別されるように構成されることが望ましい。
【００７５】
以下、好適例を挙げて具体的に説明する。
【００７６】
（２−ｉ）  磁化方向可変層４０および磁化方向固定層２０をＣｏ添加ＴｉＯ2（Ｃｏ−ＴｉＯ2）の透明磁性半導体とし、非磁性中間層３０をＮｂ添加ＴｉＯ2（Ｎｂ−ＴｉＯ2）とする。Ｎｂ−ＴｉＯ2は透明性を有する半導体である。
【００７７】
主成分はＴｉＯ2であり同一である。この場合、磁化方向可変層４０および磁化方向固定層２０におけるＣｏ添加量（含有量）は上述したとおりである。
【００７８】
Ｃｏ添加量とＮｂ添加量は、磁性と導電性、ならびに可視光透過性の観点から決定されるが、ベースとなるＴｉＯ2の格子定数が大きくは変化しないため、磁化方向可変層４０−非磁性中間層３０−磁化方向固定層２０は、エピタキシャル成長による積層形成が可能となる。
【００７９】
（２−ii）  磁化方向可変層４０および磁化方向固定層２０をＭｎ添加ＺｎＯ（Ｍｎ−ＺｎＯ）の透明磁性半導体とし、非磁性中間層３０をＺｎＯとする。ＺｎＯは透明性を有する半導体である。
【００８０】
主成分はＺｎＯであり同一である。この場合、磁化方向可変層４０および磁化方向固定層２０におけるＭｎ添加量（含有量）は上述したとおりである。Ｍｎ添加量は、磁性と導電性、ならびに可視光透過性の観点から決定されるが、ベースとなるＺｎＯの格子定数が大きくは変化しないため、磁化方向可変層４０−非磁性中間層３０−磁化方向固定層２０は、エピタキシャル成長による積層形成が可能となる。
【００８１】
（２−iii）  磁化方向可変層４０および磁化方向固定層２０をＦｅ添加ＴｉＯ2（Ｆｅ−ＴｉＯ2）の透明磁性半導体とし、非磁性中間層３０をＮｂ添加ＴｉＯ2（Ｎｂ−ＴｉＯ2）とする。Ｎｂ−ＴｉＯ2は透明性を有する半導体である。
【００８２】
主成分はＴｉＯ2であり同一である。この場合、磁化方向可変層４０および磁化方向固定層２０におけるＦｅ添加量（含有量）は上述したとおりである。
【００８３】
Ｆｅ添加量とＮｂ添加量は、磁性と導電性、ならびに可視光透過性の観点から決定されるが、ベースとなるＴｉＯ2の格子定数が大きくは変化しないため、磁化方向可変層４０−非磁性中間層３０−磁化方向固定層２０は、エピタキシャル成長による積層形成が可能となる。
【００８４】
なお、磁化方向可変層４０をＣｏ−ＴｉＯ2、Ｆｅ−ＴｉＯ2等から構成する場合には、これらの磁化方向可変層４０が下地に対してエピタキシャル成長できるように、磁化方向可変層４０の下地として下記の格子整合層８が形成されることが好ましい。
【００８５】
〔格子整合層８の説明〕
格子整合層８は、例えば、厚さ３ｎｍ程度のＴａからなる非晶質層の上に、窒素を添加したＮｉＦｅ層（ＮｉＦｅ−Ｎ）を形成した２層積層体（Ｔａ／ＮｉＦｅ−Ｎ）が好適例として挙げられる。Ｎ添加量は、０．５〜２５atomic％（原子％）とされる。
【００８６】
Ｔａ層は非晶質であり、一度、結晶性をキャンセルするために形成される。なお、一度、結晶性をキャンセルできるものであれば、Ｔａ層に限定されない。ＮｉＦｅ−Ｎ層は、（００１）配向の結晶を形成するためのものであり、この上に形成される上記のＣｏ−ＴｉＯ2、Ｆｅ−ＴｉＯ2等からなる磁化方向可変層４０は、エピタキシャル（（００１）配向）成長することが確認されている。詳細は後述する実験例を参考されたい。
【００８７】
なお、ＺｎＯ系の磁化方向可変層４０を用いた場合、ＺｎＯは極性が強く、下地の材質にかかわらず結晶性の高い（００１）配向した結晶を形成しやすい。そのため、特に、下地の材質は限定されない。従って、ＺｎＯ系の磁化方向可変層４０を用いる場合には、上述した格子整合層８を設けることなく、この格子整合層８に代えて、例えば、厚さ１ｎｍのＴａ層と厚さ２ｎｍ程度のＲｅ層の２層積層体からなる下地層を設けることで足りる。
【００８８】
〔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。
【００８９】
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。
【００９０】
図１において、上部電極層１５と反強磁性層１０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。
【００９１】
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、水平方向かつ右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。
【００９２】
すなわち、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、水平方向かつ右向きの磁化方向となる。
【００９３】
これとは反対に、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、水平方向かつ左向きの磁化方向となる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
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。具体的実験例として、下記に示すように比較例であるサンプル１〜２、および本発明であるサンプル３〜６を作製した。なお、下記表１に、素子の積層構造が視認しやすいように、素子の代表的な積層構造として、本発明の素子であるサンプル３〜６の積層構造を示している。
【０１０４】
〔サンプル１（比較例）の作製〕
下記の要領で、サンプル１として『非透明系』からなる比較例の空間光変調素子サンプルを作製した。
【０１０５】
すなわち、厚さ５００ｎｍのＣｕ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、この下地層の上に厚さ６．０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層（スピン固着層１０）を形成し、この反強磁性層の上に、厚さ１０．０ｎｍのＣｏＦｅからなる磁化方向固定層２０を形成した。ＩｒＭｎからなる反強磁性層は、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために設けられたものである。
【０１０６】
この磁化方向固定層２０の上に、厚さ１．５ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層３０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。
【０１０７】
磁化方向可変層４０は、厚さ５．０ｎｍのＣｏＦｅの上に、厚さ５．０ｎｍのＮｉＦｅを形成した２層積層体とした。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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１を作製した。
【０１１０】
当該サンプルは、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも下方に位置する、いわゆるボトムタイプのサンプルとした。
【０１１１】
〔サンプル２（比較例）の作製〕
下記の要領で、サンプル２として『非透明系』からなる比較例の空間光変調素子サンプルを作製した。
【０１１２】
すなわち、厚さ５００ｎｍのＣｕ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、この下地層の上に磁化方向可変層４０を形成した。
【０１１３】
磁化方向可変層４０は、厚さ５．０ｎｍのＣｏＦｅの上に、厚さ５．０ｎｍのＮｉＦｅを形成した２層積層体とした。
【０１１４】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．５ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層３０を形成し、この非磁性中間層３０の上に、厚さ１０．０ｎｍのＣｏＦｅ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の上に厚さ６．０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層（スピン固着層１０）を形成した。ＩｒＭｎからなる反強磁性層は、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために設けられたものである。
【０１１５】
この反強磁性層の上に、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。
【０１１６】
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２を作製した。
【０１１７】
当該サンプルは、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも上方に位置する、いわゆるトップタイプのサンプルとした。
【０１１８】
〔サンプル３（本発明）の作製〕
下記の要領で、サンプル３として少なくとも磁化方向可変層４０が透明磁性半導体から構成される、『透明系』の空間光変調素子サンプル（本発明）を作製した
【０１１９】
すなわち、厚さ５００ｎｍのＣｕからなる下部電極層１１の上に、厚さ３．０ｎｍのＴａと厚さ５．０ｎｍのＮｉＦｅ−Ｎを順次積層して２層積層体からなる格子整合層８を形成した。この格子整合層８の上に磁化方向可変層４０を形成した。格子整合層８の一層を担うＮｉＦｅ−Ｎは、ＮｉＦｅにＮを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１２０】
なお、格子整合層８は、その上に形成されるＴｉＯ2系の材料をアナターゼ構造にするために挿入した。ＴｉＯ2は、大気圧下、常温でアナターゼ構造、ルチル構造、またはブルッカイト構造を採り得るが、この中で最も抵抗率が低減できるのがアナターゼ構造である。アナターゼ構造ＴｉＯ2の使用によって抵抗率が低下し、消費電力を低減させることができる。
【０１２１】
磁化方向可変層４０は、厚さ５．０ｎｍのＣｏ−ＴｉＯ2とした。Ｃｏ−ＴｉＯ2は、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＣｏを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１２２】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．５ｎｍのＮｂ−ＴｉＯ2からなる非磁性中間層３０を形成した。Ｎｂ−ＴｉＯ2は、抵抗を下げるために（消費電力の低下に繋がる）ＴｉＯ2にＮｂを５atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１２３】
この非磁性中間層３０の上に、厚さ１０．０ｎｍのＣｏ−ＴｉＯ2からなる磁化方向固定層２０を形成した。Ｃｏ−ＴｉＯ2は、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＣｏを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１２４】
この磁化方向固定層２０の上に厚さ６．０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層（スピン固着層１０）を形成した。ＩｒＭｎからなる反強磁性層は、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために設けられたものである。
【０１２５】
この反強磁性層の上に、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。
【０１２６】
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３を作製した。
【０１２７】
当該サンプルは、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも上方に位置する、いわゆるトップタイプのサンプルとした。
【０１２８】
〔サンプル４（本発明）の作製〕
下記の要領で、サンプル４として少なくとも磁化方向可変層４０が透明磁性半導体から構成される、『透明系』の空間光変調素子サンプル（本発明）を作製した
【０１２９】
すなわち、厚さ５００ｎｍのＣｕからなる下部電極層１１の上に、厚さ３．０ｎｍのＴａと厚さ５．０ｎｍのＮｉＦｅ−Ｎを順次積層して２層積層体からなる格子整合層を形成した。この格子整合層の上に磁化方向可変層４０を形成した。格子整合層の一層を担うＮｉＦｅ−Ｎは、ＮｉＦｅにＮを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１３０】
なお、格子整合層は、その上に形成されるＴｉＯ2系の材料をアナターゼ構造にするために挿入した。ＴｉＯ2は、大気圧下、常温でアナターゼ構造、ルチル構造、またはブルッカイト構造を採り得るが、この中で最も抵抗率が低減できるのがアナターゼ構造である。アナターゼ構造ＴｉＯ2の使用によって抵抗率が低下し、消費電力を低減させることができる。
【０１３１】
磁化方向可変層４０は、厚さ５．０ｎｍのＣｏ−ＴｉＯ2とした。Ｃｏ−ＴｉＯ2は、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＣｏを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１３２】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．５ｎｍのＣｕからなる非磁性中間層３０を形成した。
【０１３３】
この非磁性中間層３０の上に、厚さ１０．０ｎｍのＣｏＦｅ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の上に厚さ６．０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層（スピン固着層１０）を形成した。ＩｒＭｎからなる反強磁性層は、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために設けられたものである。
【０１３４】
この反強磁性層の上に、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。
【０１３５】
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４を作製した。
【０１３６】
当該サンプルは、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも上方に位置する、いわゆるトップタイプのサンプルとした。
【０１３７】
〔サンプル５（本発明）の作製〕
下記の要領で、サンプル５として少なくとも磁化方向可変層４０が透明磁性半導体から構成される、透明系の空間光変調素子サンプル（本発明）を作製した。
【０１３８】
すなわち、厚さ５００ｎｍのＣｕからなる下部電極層１１の上に、厚さ１．０ｎｍのＴａと厚さ２．０ｎｍのＲｕを順次積層して２層積層体からなる下地層を形成した。この下地層の上に磁化方向可変層４０を形成した。
【０１３９】
磁化方向可変層４０は、厚さ５．０ｎｍのＭｎ−ＺｎＯとした。Ｍｎ−ＺｎＯは、磁性と導電性を付与するために、ＺｎＯにＭｎを３atomic％（原子％）添加することによって構成した。なお、ＺｎＯの極性は強く、その下に形成される下地層の組成にかかわらず（００１）配向した結晶性の高いＺｎＯ膜を容易に得ることができる。
【０１４０】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．５ｎｍのＺｎＯからなる非磁性中間層３０を形成した。
【０１４１】
この非磁性中間層３０の上に、厚さ１０．０ｎｍのＭｎ−ＺｎＯ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の上に厚さ６．０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層（スピン固着層１０）を形成した。ＩｒＭｎからなる反強磁性層は、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために設けられたものである。
【０１４２】
この反強磁性層の上に、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。
【０１４３】
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５を作製した。
【０１４４】
当該サンプルは、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも上方に位置する、いわゆるトップタイプのサンプルとした。
【０１４５】
〔サンプル６（本発明）の作製〕
下記の要領で、サンプル６として『透明系』の空間光変調素子サンプル（本発明）を作製した。
【０１４６】
すなわち、厚さ５００ｎｍのＣｕからなる下部電極層１１の上に、厚さ３．０ｎｍのＴａからなる下地層を形成した。この下地層の上に磁化方向可変層４０を形成した。
【０１４７】
磁化方向可変層４０は、厚さ５．０ｎｍのＣｏ−ＴｉＯ2とした。Ｃｏ−ＴｉＯ2は、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＣｏを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１４８】
この磁化方向可変層４０の上に、厚さ１．５ｎｍのＮｂ−ＴｉＯ2からなる非磁性中間層３０を形成した。Ｎｂ−ＴｉＯ2は、抵抗を下げるために（消費電力の低下に繋がる）ＴｉＯ2にＮｂを５atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１４９】
この非磁性中間層３０の上に、厚さ１０．０ｎｍのＣｏ−ＴｉＯ2からなる磁化方向固定層２０を形成した。Ｃｏ−ＴｉＯ2は、磁性と導電性を付与するために、ＴｉＯ2にＣｏを１０atomic％（原子％）添加することによって構成した。
【０１５０】
この磁化方向固定層２０の上に厚さ６．０ｎｍのＩｒＭｎからなる反強磁性層（スピン固着層１０）を形成した。ＩｒＭｎからなる反強磁性層は、磁化方向固定層２０の磁化を固定するために設けられたものである。
【０１５１】
この反強磁性層の上に、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。
【０１５２】
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６を作製した。
【０１５３】
当該サンプルは、磁化方向固定層２０が磁化方向可変層４０よりも上方に位置する、いわゆるトップタイプのサンプルとした。
【０１５４】
このサンプル６は、前記サンプル３の結晶配向層の効果を確認するために作製したものであると言える。
【０１５５】
【表１】
2011002604.tif 000003
【０１５６】
（サンプルの光学特性の評価）
上記サンプル１〜８について、６３３ｎｍのレーザーを用い、素子に対してー１００ｍＡから＋１００ｍＡの通電、さらには、＋１００ｍＡからー１００ｍＡの通電によりスピン注入磁化反転を行い、その２極状態、すなわち、２つの磁性層の磁化方向が平行な状態と、２つの磁性層が反平行な状態と、のそれぞれにおける反射率およびカー回転角θkを、それぞれ、測定した。
【０１５７】
これらの測定値、およびこれらの測定値を用いて算出した磁気光学性能指数を下記表２に示した。
【０１５８】
【表２】
2011002604.tif 000004
【０１５９】
表２に示される結果より、以下の事項が考察される。
【０１６０】
＜サンプル１（比較例）と、サンプル２（比較例）との対比考察＞
サンプル１、２は、双方ともに非透明系比較例のサンプルではあるが、これらサンプル１、２の比較により、磁化方向可変層を下方の基板側に配置する（磁化方向固定層がトップ側に位置しており、この型を『トップ型』と称す）ことにより、偏光された光の脱出確率が低下し、観測されるカー回転角が減衰していることがわかる。
【０１６１】
＜サンプル３、５（いずれも本発明）と、サンプル２（比較例）との対比考察＞
同じトップ型の対比で、磁化方向可変層および磁化方向固定層の双方の磁性層に透明磁性半導体を用いたサンプル３，５は、反射率・カー回転角共に、サンプル２（比較例）よりも大きい値を示し、優れた磁気光学性能指数を持つ事が明らかとなった。
【０１６２】
これは減衰係数がゼロに近い（可視光に対して透明である事を意味する）ため、純粋に光の吸収が弱いこと、そして偏光を受けた光の脱出確率が高いことに起因していると思われる。
【０１６３】
また、格子調整層が下地に配置されたサンプル３については、磁化方向可変層２０、非磁性中間層３０、および磁化方向固定層４０の３層は格子が揃ったエピタキシャル成長していることが、ＴＥＭによる断面解析によって確認することができた。
【０１６４】
また、サンプル５については、格子調整層が下地に配置されていないものの、ＺｎＯの極性は強く、その下に形成される下地層の組成にかかわらず（００１）配向した結晶性の高いＺｎＯ膜を容易に得ることができるために、ＺｎＯ系の磁化方向可変層２０、非磁性中間層３０、および磁化方向固定層４０の３層は格子が揃ったエピタキシャル成長していることが、ＴＥＭによる断面解析によって確認することができた。
【０１６５】
＜サンプル３（本発明）と、サンプル４（本発明）との対比考察＞
なお、磁化方向可変層には透明磁性半導体を用い、磁化方向固定層には金属磁性体を用いたサンプル４は、磁化方向固定層にも透明磁性半導体を用いたサンプル３よりも低い磁気光学性能指数を示した。
【０１６６】
なお、サンプル４については、磁化方向可変層２０までは格子が揃ったエピタキシャル成長していることが、ＴＥＭによる断面解析によって確認することができた。
【０１６７】
＜サンプル４（本発明）と、サンプル２（比較例）との対比考察＞
この一方で、サンプル４は、サンプル２との比較より、磁化方向可変層にのみであっても、配向を制御した透明磁性半導体を適用した効果が表れている事が明らかである。
【０１６８】
なお、上述のごとくサンプル４については、磁化方向可変層２０までは格子が揃ったエピタキシャル成長していることが、ＴＥＭによる断面解析によって確認することができた。
【０１６９】
＜サンプル３（本発明）と、サンプル６（本発明）との対比考察（格子調整層の有無の影響）＞
なお、サンプル３と、サンプル６とを比較することにより、格子調整層の有無によるＴｉＯ2系材料の結晶性の影響について評価した。反射率は双方の間で大差ないと言えるが、カー回転角は、サンプル３の結晶化したＴｉＯ2を用いた系で大きい値を示した。結果として磁気光学性能指数にも差があり、透明磁性半導体層の結晶性を高めることにより、光学特性の向上を図れることが明らかとなった。
【０１７０】
なお、本発明のサンプル３において、トップ型をボトム型に変えた場合には、ＩｒＭｎ反強磁性層が格子調整層の上に形成されるために、ＩｒＭｎ反強磁性層に続いて形成される磁化方向固定層４０、非磁性中間層３０、および磁化化方向可変層２０のいずれもエピタキシャル成長しないために、光学特性の向上を図ることができない。また、ＩｒＭｎの減衰係数が大きいために光学特性の向上を図ることができなくなってしまう。
【０１７１】
本発明のサンプル４において、トップ型をボトム型に変えた場合には、ＩｒＭｎの減衰係数が大きいために光学特性の向上を図ることができなくなってしまう。
【０１７２】
本発明のサンプル５において、トップ型をボトム型に変えた場合には、ＩｒＭｎの減衰係数が大きいために光学特性の向上を図ることができなくなってしまう。
【０１７３】
本発明のサンプル６において、トップ型をボトム型に変えた場合には、ＩｒＭｎの減衰係数が大きいために光学特性の向上を図ることができなくなってしまう。
【０１７４】
上述の実験結果より本発明の効果は明らかである。
すなわち、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、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、前記磁化方向可変層は、透明性を有する磁性半導体材料から構成されるので、より大きい旋光角度が得られるべく、極めて高い磁気光学性能を有するという効果が発現する。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
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】
【０１７６】
５…積層体素子本体
８…格子整合層
１０…スピン固着層
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】
2011002604.tif 000005