(57)【要約】【課題】高精細かつ高速応答のスピン注入磁化反転素子による、光変調度を向上させた光変調素子を提供する。【解決手段】光変調素子５は、上下に接続された電極２，３からの電流で磁化反転層５３の磁化方向を反転させ、入射光を向きを変えて旋光させて出射する。磁化固定層５１とこれに中間層５２を挟んで積層された磁化反転層５３とは、Ｐｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜とすることで強い垂直磁気異方性を有し、極カー効果により、および磁化反転層５３がカー回転角の大きいＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成されることにより、光変調度が向上する。さらに磁化反転層５３において、Ｃｏ膜の膜厚ｔCofを磁化固定層５１のＣｏ膜の膜厚ｔCopより厚くすることで、またはＰｄ膜の膜厚ｔPdfを磁化固定層５１のＰｄ膜の膜厚ｔPdpよりも薄くすることで、保磁力Ｈcfを磁化固定層５１の保磁力Ｈcpより小さくして磁化反転電流を抑える。【選択図】図１
2011002522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固定層、中間層、および前記磁化固定層の保磁力より小さい保磁力を有する磁化反転層の順に積層してなり、上下に接続された電極から電流を供給されることにより前記磁化反転層の磁化方向を変化させて、入射した光をその偏光方向を変化させて出射する光変調素子であって、
前記磁化固定層および前記磁化反転層の少なくとも一方は、Ｐｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であることを特徴とする光変調素子。
【請求項２】
前記磁化固定層および前記磁化反転層が、Ｐｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であって、
前記磁化反転層におけるＣｏ膜が、前記磁化固定層におけるＣｏ膜よりもその１層の膜厚が厚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】
前記磁化固定層および前記磁化反転層が、Ｐｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であって、
前記磁化反転層におけるＰｄ膜が、前記磁化固定層におけるＰｄ膜よりもその１層の膜厚が薄い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】
前記磁化固定層または前記磁化反転層の一方はＰｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であり、他方は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される遷移金属とＳｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂから選択される希土類金属との合金からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子。
【請求項５】
前記磁化固定層および前記磁化反転層の少なくとも一方は、Ｐｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であって、前記中間層との界面に前記Ｃｏ膜を積層することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項６】
前記磁化固定層および前記磁化反転層の少なくとも一方は、前記中間層との界面に、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される少なくとも１種の遷移金属またはこの遷移金属を含む合金からなる金属膜をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の光変調素子。
【請求項７】
２次元配列された複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記画素選択手段が選択した画素に入射した光の偏光方向を特定の方向に変化させて反射する空間光変調器であって、
前記画素は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光変調素子とこの光変調素子に電流を供給する上部電極および下部電極とを備え、
前記上部電極および前記下部電極の一方は透明電極材料を備えて当該画素に入射した光および前記光変調素子から出射した光を透過させ、他方は金属電極からなることを特徴とする空間光変調器。
【請求項８】
２次元配列された複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記画素選択手段が選択した画素に入射した光の偏光方向を特定の方向に変化させて透過する空間光変調器であって、
前記画素は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光変調素子とこの光変調素子に電流を供給する上部電極および下部電極とを備え、
前記上部電極および前記下部電極は透明電極材料を備えて、前記上部電極および前記下部電極の一方は当該画素に入射した光を透過させ、他方は前記光変調素子から出射した光を透過させることを特徴とする空間光変調器。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の空間光変調器と、この空間光変調器から出射した光を投影する画像表示手段と、を備える表示装置。
【請求項１０】
物体光と参照光とにより形成された干渉縞を撮像して画像信号に変換する撮像手段と、前記画像信号を入力されて出射した光を再生画像とする請求項７または請求項８に記載の空間光変調器と、を備えるホログラフィ装置。
【請求項１１】
信号光および参照光を用いて情報を記録媒体に記録するホログラム記録装置であって、
前記信号光および前記参照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、前記位相情報に基づいて前記信号光および前記参照光の少なくとも一方の光変調を行う請求項７または請求項８に記載の空間光変調器と、を備えるホログラム記録装置。
【請求項１２】
請求項７または請求項８に記載の空間光変調器に、さらに、前記画素選択手段が選択した画素から出射した光を透過させる偏光子と、この偏光子を透過した光を電荷に変換する光電変換手段と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、を備え、前記２次元配列された画素に入射した被写体光を撮像する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器とそれに用いる光変調素子、またこの空間光変調器を利用した表示装置、ホログラフィ装置、ホログラム記録装置、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これを２次元アレイ状に配列して光の位相や振幅等を空間的に変調するものであって、ホログラフィ装置等の露光装置、ディスプレイ技術、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ことから光情報処理技術への応用も研究されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられ、表示装置として広く利用されているが、ホログラフィや光情報処理用としては、応答速度や画素の高精細性が不十分であるため、近年では、高速処理かつ画素の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器の開発が進められている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）においては、磁気光学材料すなわち磁性体に入射した光が透過または反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射する、ファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用している。すなわち、選択された画素（選択画素）における光変調素子の磁化方向とそれ以外の画素（非選択画素）における光変調素子の磁化方向を異なるものとして、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角（旋光角）に差を生じさせる。光変調素子の磁化方向を変化させる方法として、光変調素子に磁界を印加する方法（特許文献１，２）の他に、近年では光変調素子にスピンを注入する方法（特許文献３）がある。
【０００４】
画素毎の光変調素子に磁界を印加するために、特許文献１，２では、電極配線を各画素の周縁に張り巡らせて光変調素子の周囲に電流を供給している。また、このように画素間に配線を配置することで、光変調素子への入射光および出射光が金属配線に遮られることがない。一方、スピンを注入する場合は、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子等のスピン注入磁化反転素子（非特許文献１）を光変調素子として、この光変調素子の上下に一対の電極を接続して膜面に垂直に電流を供給する。なお、このような光変調素子（スピン注入磁化反転素子）は、一旦、所定の大きさおよび向きの電流を供給されれば、逆向きの電流が供給されるまで磁化方向は保持されるため、特許文献３のように、上側と下側にそれぞれ縦、横に帯状の電極を格子状に配置することで、画素毎の光変調素子に個別に磁化方向を変化させる電流を供給することができる。また、このように、スピン注入による磁気光学式の空間光変調器においては、光変調素子の上および下に電極を配置するため、インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）等の透明電極材料を使用して、光が電極を透過して光変調素子に入射するように構成される。
【０００５】
また、撮像装置（固体撮像装置）は、画素として撮像素子を用い、これを空間光変調器と同様に２次元アレイ状に配列している。この撮像素子としては、従来よりＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ等が用いられているが、高精細な画像を得るために、空間光変調器と同様に、磁気光学材料を用いた光変調素子を適用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−７０１０１号公報（請求項２、図５）
【特許文献２】特開２００５−２２１８４１号公報（請求項１、図６）
【特許文献３】特開２００８−１４５７４８号公報（請求項７、図４）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】K. Aoshima et. al, “Spin transfer switching in current-perpendicular-to-plane spin valve observed by magneto-optical Kerr effect using visible light”, Appl. Phys. Lett. 91, 052507 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に記載された空間光変調器では、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、数μｍ以下の微細な画素を形成することが困難であり、また、電流による合成磁界を利用するために、画素のいっそうの微細化を行うと隣接画素へのクロストークが大きくなるという問題がある。
【０００９】
これに対して、特許文献３に記載された空間光変調器は、光変調素子の膜面に垂直に電流を供給するため、画素の微細化に対応できるものである。しかしながら、スピン注入磁化反転素子において磁化方向の変化する層（磁化反転層）は一般的に十数ｎｍ以下に制限されているため、スピン注入磁化反転素子を光変調素子とすると偏光の向きの変化が極めて小さく（非特許文献１）、選択画素からの出射偏光の取り出し効率すなわち画素の選択性に改良の余地があった。
【００１０】
本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、高精細かつ高速応答の可能なスピン注入磁化反転素子による光変調度を向上させた光変調素子、ならびに画素の選択性を向上させた空間光変調器および撮像装置、さらに前記空間光変調器を用いた表示装置、ホログラフィ装置、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】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明者らは、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜が膜面に垂直な磁気異方性を強く有して、極カー効果により旋光角が大きく動作ばらつきの小さいことに知見し、これをスピン注入磁化反転素子に適用することに至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係る光変調素子は、磁化固定層、中間層、および前記磁化固定層の保磁力より小さい保磁力を有する磁化反転層の順に積層してなり、上下に接続された電極から電流を供給されることにより前記磁化反転層の磁化方向を変化させて、入射した光をその偏光方向を変化させて出射する光変調素子であって、前記磁化固定層および前記磁化反転層の少なくとも一方は、Ｐｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成により、光変調素子は、磁化固定層および磁化反転層の少なくとも一方が強い垂直磁気異方性を有するので、垂直磁気異方性を有してかつ動作ばらつきの小さい光変調素子となって、その磁化方向に平行に光を入射することができ、出射した光の偏光方向を大きく変化させることができる。さらに耐プロセス性がよく、製造時の磁気的特性の劣化が小さい。また、磁化反転層の保磁力を磁化固定層の保磁力より小さくすることで、電流供給により磁化反転層の磁化を反転させることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る光変調素子は、磁化固定層および磁化反転層の両方がＰｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であることが好ましい。このとき、磁化反転層は、そのＣｏ膜の１層の膜厚は磁化固定層のＣｏ膜より厚く、またはＰｄ膜の１層の膜厚は磁化固定層のＰｄ膜より薄くするようにする。
【００１５】
かかる構成により、光変調素子は、磁化固定層および磁化反転層の両方が多層膜であるので、さらに強い垂直磁気異方性を有してかつ動作ばらつきの小さい光変調素子となり、さらに耐プロセス性のよい光変調素子となる。そしてＰｄ膜およびＣｏ膜の膜厚を制御することで、容易に磁化反転層の保磁力を磁化固定層の保磁力より小さくすることができる。また、磁化反転層を多層膜とすることで、カー回転角またはファラデー回転角を大きくして光変調素子の光変調度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る光変調素子は、磁化固定層または磁化反転層の一方がＰｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であり、他方はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される遷移金属とＳｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂから選択される希土類金属との合金からなる構成としてもよい。
【００１７】
かかる構成により、光変調素子は、磁化固定層または磁化反転層の一方を遷移金属と希土類金属との合金とすることにより飽和磁化を低くして、磁化固定層においては正と負のそれぞれに磁化反転させる電流をほぼ同じ大きさとして安定した動作を得ることができ、磁化反転層においてはさらに低電流で磁化反転させることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る光変調素子は、磁化固定層および磁化反転層の少なくとも一方がＰｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜であって、中間層との界面にＣｏ膜を積層することが好ましい。また、本発明に係る光変調素子は、磁化固定層および磁化反転層の少なくとも一方が、中間層との界面にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される少なくとも１種の遷移金属またはこの遷移金属を含む合金からなる金属膜をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
かかる構成により、光変調素子は、磁化固定層または磁化反転層と中間層との界面でのスピン偏極率を高くして、磁化固定層から中間層を介して磁化反転層に注入するスピンによるスピントルクが増大するため、さらに低電流で磁化反転させることができる。
【００２０】
また、前記光変調素子とこの光変調素子に電流を供給する上部電極および下部電極とを備えて画素とすることにより、画素の選択性に優れて動作ばらつきの少ない空間光変調器とすることができる。すなわち本発明に係る空間光変調器は、２次元配列された複数の前記画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備えて、前記画素選択手段が選択した画素に入射した光の偏光方向を特定の方向に変化させて出射することを特徴とする。さらに前記上部電極および前記下部電極の一方は、透明電極材料を備えて当該画素に入射した光および前記光変調素子から出射した光を透過させ、他方は金属電極からなるものである。かかる構成により、反射型の空間光変調器となる。
【００２１】
また、本発明に係る空間光変調器は、前記上部電極および前記下部電極が透明電極材料を備えて、一方は当該画素に入射した光を透過させ、他方は前記光変調素子から出射した光を透過させる構成としてもよい。かかる構成により、透過型の空間光変調器となる。
【００２２】
そして、本発明に係る表示装置は、前記空間光変調器に、さらにこの空間光変調器から出射した光を投影する画像表示手段を備える構成である。かかる構成により、より鮮明でばらつきの少ない画像を表示する表示装置となる。
【００２３】
また、本発明に係るホログラフィ装置は、前記空間光変調器に、さらに物体光と参照光とにより形成された干渉縞を撮像して画像信号に変換する撮像手段を備え、前記空間光変調器に前記画像信号を入力されて出射した光を再生画像とする構成である。かかる構成により、より鮮明でばらつきの少ない立体画像を表示するホログラフィ装置となる。
【００２４】
また、本発明に係るホログラム記録装置は信号光および参照光を用いて情報を記録媒体に記録するものであって、前記空間光変調器に、さらに信号光および参照光が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を備え、前記空間光変調器は位相情報に基づいて信号光および参照光の少なくとも一方の光変調を行う構成である。かかる構成により、記録の多重度を向上させたホログラム記録装置となる。
【００２５】
また、本発明に係る撮像装置は、前記空間光変調器に、さらに前記画素選択手段が選択した画素から出射した光を透過させる偏光子と、この偏光子を透過した光を電荷に変換する光電変換手段と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、を備え、前記上部電極側から入射した被写体光を撮像する構成である。かかる構成により、選択された画素のみからの出射光を的確に電荷として得られる画素の選択性に優れた撮像装置となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る光変調素子によれば、数μｍ以下からさらに可視光波長サイズ（青色：４００ｎｍ）の高精細と、原理的に数ｐｓ程度となる高速応答とを同時に可能とし、さらに選択性に優れて動作ばらつきが小さく、また製造時における劣化が小さいため磁気的特性の好ましい空間光変調器または撮像装置の画素とすることができる。そして、本発明に係る空間光変調器、表示装置、ホログラフィ装置、ホログラム記録装置、または撮像装置によれば、前記高精細かつ高速応答で画素選択性に優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係る光変調素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る光変調素子の動作を模式的に説明する断面図である。
【図３】光変調素子の構成を模式的に示す断面図であり、（ａ）は第２実施形態に係る光変調素子、（ｂ）は第３実施形態に係る光変調素子である。
【図４】第４実施形態に係る光変調素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成および画素選択の動作を説明する模式図で、図５のＡ−Ａ断面図に対応する図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成および画素選択の動作を説明する模式図で、図５のＡ−Ａ断面図に対応する図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るホログラフィ装置の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す撮像装置の構成および画素選択の動作を説明する模式図で、図５のＡ−Ａ断面図に対応する図である。
【図１２】実施例の光変調素子による、磁化反転層における保磁力の膜厚依存性を示すグラフであり、（ａ）はＣｏ膜、（ｂ）はＰｄ膜の膜厚による。
【図１３】実施例の光変調素子による、磁化反転層におけるカー回転角の膜厚依存性を示すグラフであり、（ａ）はＣｏ膜、（ｂ）はＰｄ膜の膜厚による。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る光変調素子、空間光変調器、および撮像装置を実現するための形態について、図を参照して説明する。
【００２９】
［光変調素子］
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る光変調素子５は、図１に示すように、磁化固定層５１、中間層５２、磁化反転層５３、保護層５４の順に積層された構成であり、一対の電極である上部電極２と下部電極３に上下で接続されて、膜面に垂直に電流を供給される。光変調素子５は、磁化が一方向に固定された磁化固定層５１および磁化の方向が回転可能な磁化反転層５３を、非磁性または絶縁体である中間層５２を挟んで備えたＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子やＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子等のスピン注入磁化反転素子であり、製造工程におけるダメージからこれらの層を保護するために、最上層に保護層５４が設けられている。光変調素子５を構成する各層は、例えばスパッタリング法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の公知の方法で連続的に成膜されて積層され、電子線リソグラフィおよびイオンビームミリング法等で所望の平面視形状に加工される。
【００３０】
ここで、光変調素子５の磁化反転の動作を、図２を参照して説明する。なお、図２において保護層５４は図示を省略する。スピン注入磁化反転素子である光変調素子５は、逆方向のスピンを持つ電子を注入することにより、すなわち電流を反対向きに供給することにより、磁化反転層５３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転、以下、適宜磁化反転という）させて、磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向または１８０°異なる方向にする。具体的には、図２（ａ）に示すように、上部電極２を「＋」、下部電極３を「−」にして、磁化反転層５３側から磁化固定層５１へ電流を供給すると、磁化反転層５３の磁化は磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向になる。以下、この状態を光変調素子５の磁化が平行である（Ｐ：Parallel）という。反対に、図２（ｂ）に示すように、上部電極２を「−」、下部電極３を「＋」にして、磁化固定層５１側から磁化反転層５３へ電流を供給すると、磁化反転層５３の磁化は磁化固定層５１の磁化方向と逆方向になる。以下、この状態を光変調素子５の磁化が反平行である（ＡＰ：Anti-Parallel）という。
【００３１】
光変調素子５の磁化が平行、反平行いずれかの磁化を示していれば、その磁化を反転させる電流が供給されるまでは、磁化反転層５３の保磁力Ｈcfにより磁化が保持される。このように、光変調素子５において磁化は保持されるため、光変調素子５に供給する電流としては、パルス電流のように、磁化方向を反転させる電流値に一時的に到達する電流を用いることができる。ただし、磁化反転層５３の保磁力Ｈcfが大きくなって磁化固定層５１の保磁力Ｈcpに近付くと、磁化反転に要する電流（磁化反転電流）が大きくなり、さらに磁化固定層５１の保磁力Ｈcp以上になると、電流供給による磁化反転動作ができなくなる。そのため、保磁力Ｈcf，ＨcpがＨcf＜Ｈcpとなるように、好ましくはその差が５００Ｏｅ以上となるように、磁化固定層５１および磁化反転層５３をそれぞれ後記するように構成する。
【００３２】
光変調素子５に入射した光が磁性体である磁化反転層５３で反射して出射すると、カー効果（磁気カー効果）により、入射光はその偏光の向きが変化（旋光）する。さらに、図２（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、磁化が平行、反平行な光変調素子５にそれぞれ入射した光は、磁化反転層５３の磁化方向が１８０°異なるため、同じ大きさの旋光角すなわち磁化反転層５３のカー回転角＋θk、−θk（以下、「θk」は向きを示さず大きさのみを示す。）で互いに逆方向に回転して出射する。そして、光変調素子５からの出射光は、その偏光の向きを供給される電流の向きに応じて変化させることで後記の空間光変調器等の画素として機能するため、偏光の変化すなわち旋光角の差となる磁化反転層５３のカー回転角θkが大きいことが望まれる。
【００３３】
カー効果の大きさは、入射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。すなわち磁化反転層５３のカー回転角θkは、光の入射角が磁化反転層５３の磁化方向に平行に近いほど大きくなる。ここで、磁化反転層５３（および磁化固定層５１）が、膜面方向の磁化を有する（面内磁気異方性）と、光変調素子５の構造上、磁化方向に平行に近付けて光を入射させることが困難である。一方、磁化反転層５３が膜面に垂直な方向の磁化を有する、すなわち垂直磁気異方性であれば、容易に磁化方向に平行に光を入射することができ、極カー効果により、大きなカー回転角θkが得られる。本実施形態に係る光変調素子５は、磁化固定層５１および磁化反転層５３を以下のように構成することで、垂直磁気異方性を有して大きなカー回転角θkとするものである。以下、図１を参照して、光変調素子５を構成する各層の詳細を説明する。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態に係る光変調素子５において、磁化固定層５１および磁化反転層５３は、それぞれがＰｄ膜とＣｏ膜とを交互に積層した多層膜で構成される（図中、Ｐｄ膜は「Ｐｄ」、Ｃｏ膜は「Ｃｏ」と示す。）。Ｃｏは強磁性体であり、単独で磁化固定層および磁化反転層を構成できるが、非磁性のＰｄと交互に積層した多層膜（以下、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜という）とすることで、磁性体として一体的に動作し、また保磁力を大きなものとする。さらに、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜は垂直磁気異方性エネルギーＫuが強いため、垂直磁気異方性を有し、かつ磁化反転動作が安定してばらつきが小さい光変調素子５が得られる。また、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜は、耐プロセス性、具体的には耐酸化性、耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性、耐薬品性等がよく、例えば光変調素子５の製造時において、イオンビームミリング法等で所望形状に成形加工された際に、側面（端面）が露出して大気に晒されてもほとんど酸化せず、磁気的特性等の劣化が小さい。また、磁化固定層５１および磁化反転層５３を共通の材料（ＰｄおよびＣｏ）で構成することにより、光変調素子５の生産性がよくなり、また、後記するように保磁力Ｈcp，Ｈcfの相関を制御し易くなる。さらに、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜はＣｏを含むことでカー回転角およびファラデー回転角が大きいため、磁化反転層５３を構成することで、光変調素子５の磁化反転による旋光角の差を大きなものとすることができる。なお、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法等の公知の方法で成膜できる。
【００３５】
ここで、本明細書においては、図２に示すように、磁化反転層５３（光変調素子５）の上方から入射して再び上方へ出射した光が、磁化反転層５３（Ｃｏ／Ｐｄ多層膜）の表面および層内（最も深くて中間層５２との界面）のみに到達した光である場合を「磁化反転層５３で反射する」と表す。これに対して、例えば磁化反転層５３の上方から入射した光が磁化反転層５３の下方へ出射して、中間層５２の層内を透過してさらに磁化固定層５１の少なくとも表面に入射するような場合を「磁化反転層５３を透過する」と表す。
【００３６】
磁化固定層５１は、その全体の厚さを３〜２０ｎｍとすることが好ましい。また、Ｃｏ膜単層（１層）の膜厚ｔCopは０．１〜１ｎｍの範囲とすることが好ましく、Ｐｄ膜単層の膜厚ｔPdpは０．１〜２ｎｍの範囲とすることが好ましい。また、Ｃｏ膜とＰｄ膜の膜数は特に規定されず、前記の全体の厚さとなるようにＣｏ膜とＰｄ膜を交互に繰り返し積層すればよい。また、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜の最上層および最下層は、それぞれＣｏ膜およびＰｄ膜のいずれでもよいが、中間層５２との界面となる最上層にＣｏ膜を積層することが好ましい。中間層５２との界面にＣｏ膜を配置することで当該界面でのスピン偏極率を高くして、中間層５２を介して磁化反転層５３へ注入するスピンによるスピントルクが増大するため、磁化反転に要する電流を低減することができ、特に光変調素子５がＴＭＲ素子である場合に効果が大きい。
【００３７】
磁化反転層５３は、その全体の厚さを１．５〜１０ｎｍとすることが好ましい。また、Ｃｏ膜単層（１層）の膜厚ｔCofは０．１〜１ｎｍの範囲とすることが好ましく、さらに厚くするほど磁化反転層５３のカー回転角θkを大きくすることができて好ましい。一方、Ｐｄ膜単層の膜厚ｔPdfは０．１〜２ｎｍの範囲とすることが好ましい。また、磁化固定層５１におけるＣｏ／Ｐｄ多層膜と同様に、Ｃｏ膜とＰｄ膜の膜数は特に規定されず、前記の全体の厚さとなるようにＣｏ膜とＰｄ膜を交互に繰り返し積層すればよい。さらに、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜の最上層および最下層は、それぞれＣｏ膜およびＰｄ膜のいずれでもよいが、中間層５２との界面となる最下層にＣｏ膜を積層することが好ましい。中間層５２との界面にＣｏ膜を配置することで当該界面でのスピン偏極率を高くして、中間層５２を介して磁化反転層５３に注入されるスピンによるスピントルクが増大するため、光変調素子５の磁化反転に要する電流を低減することができ、特に光変調素子５がＴＭＲ素子である場合に効果が大きい。
【００３８】
また、光変調素子５においては、磁化反転電流を低減するために、前記したように磁化反転層５３の保磁力Ｈcfを磁化固定層５１の保磁力Ｈcpより小さくする。そのため、それぞれの全体の厚さとして、磁化固定層５１より磁化反転層５３を薄くすることが好ましい。また、前記した通り、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜は保磁力が大きいが、前記単層の膜厚の範囲内で、Ｃｏ膜単層の膜厚を厚くするほど、またＰｄ膜単層の膜厚を薄くするほど、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜の保磁力はそれぞれ小さくなる。したがって、磁化反転層５３のＣｏ膜単層の膜厚ｔCofは磁化固定層５１のＣｏ膜単層の膜厚ｔCopより厚くする（ｔCof＞ｔCop）か、磁化反転層５３のＰｄ膜単層の膜厚ｔPdfは磁化固定層５１のＰｄ膜単層の膜厚ｔPdpより薄くする（ｔPdf＜ｔPdp）、またはその両方（ｔCof＞ｔCop，ｔPdf＜ｔPdp）とする。このように、本実施形態に係る光変調素子５は、Ｃｏ膜、Ｐｄ膜の、磁化固定層５１と磁化反転層５３におけるそれぞれの膜厚の相関を制御することで、容易に磁化反転層５３の保磁力Ｈcfを磁化固定層５１の保磁力Ｈcpより小さくすることができる。
【００３９】
中間層５２は、磁化固定層５１と磁化反転層５３との間に設けられる。光変調素子５がＴＭＲ素子であれば、中間層５２は、ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2のような絶縁体や、Ｍｇ／ＭｇＯ／Ｍｇのような絶縁体を含む積層膜からなり、その厚さは０．５〜２ｎｍとすることが好ましい。また、光変調素子５がＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば、中間層５２は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのような非磁性金属からなり、その厚さは２〜６ｎｍとすることが好ましい。
【００４０】
保護層５４は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、または、Ｃｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層等から構成される。なお、前記の２層構造とする場合は、いずれもＣｕを内側（下層）とする。保護層５４の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えて厚くしても、製造工程において磁化反転層５３等を保護する効果がそれ以上には向上せず、その上、光変調素子５の上方からの入射光の透過光量を減衰させる。したがって、保護層５４の厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。
【００４１】
第１実施形態に係る光変調素子５を構成する各層をこのような構成にすることで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁化反転層５３（および磁化固定層５１）の磁化が膜面垂直方向となって、この磁化方向に平行またはそれに近い入射角で光（入射偏光）を入射することが容易となる。これにより、磁化反転層５３で反射した光は極カー効果で大きく旋光し、さらにこの磁化反転層５３をカー回転角およびファラデー回転角の大きいＣｏ／Ｐｄ多層膜としたことでいっそう大きく旋光する。したがって、磁化反転層５３の磁化が１８０°異なる図２（ａ）、（ｂ）間で、それぞれの出射光（出射偏光）の偏光の向きの差（２θk）が大きく、光変調度に優れた光変調素子５となる。また、磁化固定層５１と磁化反転層５３の保磁力差を容易に制御でき、これにより磁化反転電流を低減することができる。なお、光変調素子５は、後記するように磁化固定層５１と磁化反転層５３の位置を入れ替えて、磁化反転層５３、中間層５２、磁化固定層５１、保護層５４の順に積層することもできるが、この場合は、磁化固定層５１の最下層、磁化反転層５３の最上層がそれぞれ中間層５２との界面になるので、この位置にＣｏ膜を配置することが好ましい。
【００４２】
以上のように、第１実施形態に係る光変調素子によれば、高精細かつ高速応答とすることが可能なスピン注入磁化反転素子を、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜を適用することにより光変調度を向上させた光変調素子とすることができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、図３（ａ）を参照して、本発明の第２実施形態に係る光変調素子について説明する。第１実施形態（図１参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図３（ａ）に示すように、本発明の第２実施形態に係る光変調素子５Ａは、磁化固定層５１Ａ、中間層５２、磁化反転層５３、保護層５４の順に積層され、単層構造の磁化固定層５１Ａを備えること以外は第１実施形態に係る光変調素子５と同じ構成のスピン注入磁化反転素子であり、磁化反転動作および入射光の旋光も同様である。したがって、光変調素子５Ａは、磁化反転層５３のみがＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成される。前記した通りＣｏ／Ｐｄ多層膜は強い垂直磁気異方性を有するため、このように磁化固定層および磁化反転層の一方のみをＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成しても、十分に垂直磁気異方性を示し動作ばらつきが小さい光変調素子が得られる。特に第２実施形態においては、磁化反転層５３をカー回転角θkの大きいＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成したため、第１実施形態に係る光変調素子５と同様に、磁化反転による旋光角の差の大きい光変調素子５Ａとなる。
【００４４】
磁化反転層５３のみをＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成した場合、磁化固定層５１ＡはＣｏ／Ｐｄ多層膜以外の垂直磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等の磁化固定層として公知の磁性材料にて単層で構成することができ、その厚さは２〜２０ｎｍとすることが好ましい。具体的にはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属およびそれらを含む合金が挙げられ、特にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される遷移金属とＳｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂから選択される希土類金属との合金が好ましい。このような合金は飽和磁化Ｍsが低く、磁化固定層５１Ａから磁化反転層５３へ漏れる磁界が減少して、スピン注入磁化反転特性が電流軸方向の一方にシフトする現象を抑制することができ、光変調素子５Ａにおいて、正の磁化反転電流と負の磁化反転電流をほぼ同じ大きさとして安定したスピン注入磁化反転動作を得ることができる。
【００４５】
磁化反転層５３を構成するＣｏ／Ｐｄ多層膜の厚さ等のパラメータは、第１実施形態と同様である。ここで、前記したように、Ｃｏ膜単層の膜厚を厚くするほど、またＰｄ膜単層の膜厚を薄くするほど、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜の保磁力が小さくなる。さらにＣｏ膜単層の膜厚を厚くすることでカー回転角θkを大きくすることができる。したがって、磁化反転層５３の保磁力Ｈcfが磁化固定層５１Ａの保磁力Ｈcpより小さくなるように、また十分なカー回転角θkを示すように、Ｃｏ膜単層の膜厚ｔCofおよびＰｄ膜単層の膜厚ｔPdfを設計する。
【００４６】
以上のように、第２実施形態に係る光変調素子によれば、高精細かつ高速応答とすることが可能なスピン注入磁化反転素子を、第１実施形態に係る光変調素子と同等に光変調度を向上させ、さらに安定した磁化反転動作の光変調素子とすることができる。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、図３（ｂ）を参照して、本発明の第３実施形態に係る光変調素子について説明する。第１実施形態（図１参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図３（ｂ）に示すように、本発明の第３実施形態に係る光変調素子５Ｂは、磁化固定層５１、中間層５２、磁化反転層５３Ａ、保護層５４の順に積層され、単層構造の磁化反転層５３Ａを備えること以外は第１実施形態に係る光変調素子５と同じ構成のスピン注入磁化反転素子であり、磁化反転動作および入射光の旋光も同様である。したがって、光変調素子５Ｂは、磁化反転層５３をＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成した第２実施形態（図３（ａ）参照）に対して、磁化固定層５１のみがＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成される。
【００４８】
磁化固定層５１を構成するＣｏ／Ｐｄ多層膜の厚さ等のパラメータは、第１実施形態と同様である。ここで、磁化反転層５３Ａの保磁力Ｈcfが磁化固定層５１の保磁力Ｈcpより小さくなるようにする必要がある。すなわち磁化固定層５１の保磁力Ｈcpが磁化反転層５３Ａの保磁力Ｈcfより大きくなるように、Ｃｏ膜単層の膜厚ｔCopを薄く、またＰｄ膜単層の膜厚ｔPdpを厚く設計する。
【００４９】
磁化固定層５１のみをＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成した場合、磁化反転層５３ＡはＣｏ／Ｐｄ多層膜以外の垂直磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等の磁化反転層として公知の磁性材料にて単層で構成することができ、その厚さは１．５〜１５ｎｍとすることが好ましい。具体的には、第２実施形態の磁化固定層５１Ａと同様に、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属およびそれらを含む合金が挙げられ、特にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される遷移金属とＳｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂから選択される希土類金属との合金が好ましい。前記したように、このような合金は飽和磁化Ｍsが低いため、光変調素子５Ｂの磁化反転電流密度Ｊcを低減して磁化反転電流を低減することができる。また、磁化反転層５３Ａは、Ｃｏ膜とＰｔ膜とを交互に積層したＣｏ／Ｐｔ多層膜や、Ｆｅ膜とＰｔ膜とを交互に積層したＦｅ／Ｐｔ多層膜で構成してもよい。これらの多層膜もカー回転角およびファラデー回転角が大きい上、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜より保磁力が小さいため、磁化反転層５３Ａの保磁力Ｈcfを磁化固定層５１の保磁力Ｈcpより小さくすることが容易である。
【００５０】
以上のように、第３実施形態に係る光変調素子によれば、高精細かつ高速応答とすることが可能なスピン注入磁化反転素子を、極カー効果により光変調度を向上させ、さらに磁化反転電流を低減した光変調素子とすることができる。
【００５１】
（第４実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第４実施形態に係る光変調素子について説明する。第１実施形態（図１参照）と同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図４に示すように、本発明の第４実施形態に係る光変調素子５Ｃは、磁化固定層５１Ｂ、中間層５２、磁化反転層５３Ｂ、保護層５４の順に積層されている。さらに磁化固定層５１ＢはＣｏ／Ｐｄ多層膜と、中間層５２との界面に積層された遷移金属膜（金属膜）５１１とからなり、磁化反転層５３Ｂは、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜と、中間層５２との界面に積層された遷移金属膜（金属膜）５３１とからなる。磁化固定層５１Ｂ、磁化反転層５３Ｂがそれぞれ備えるＣｏ／Ｐｄ多層膜は、光変調素子５における磁化固定層５１、磁化反転層５３と同じ構成であり、その厚さ等のパラメータも、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。したがって、光変調素子５Ｃは、第１実施形態に係る光変調素子５において、磁化固定層５１−中間層５２間、磁化反転層５３−中間層５２間に、それぞれ遷移金属膜５１１，５３１を挿入した構成のスピン注入磁化反転素子であり、磁化反転動作および入射光の旋光も第１実施形態と同様である。
【００５２】
遷移金属膜５１１，５３１は、それぞれＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉから選択される少なくとも１種の遷移金属またはこの遷移金属を含む合金からなり、膜厚は０．１〜１ｎｍの範囲とすることが好ましい。遷移金属を含む合金としては、例えばＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＳｉが挙げられる。磁化固定層５１Ｂおよび磁化反転層５３Ｂのいずれにおいても、金属膜の中間層５２との界面にこのような遷移金属を含む膜を備えることで当該界面でのスピン偏極率を高くして、中間層５２を介して磁化反転層５３に注入されるスピンによるスピントルクが増大するため、光変調素子５Ｃの磁化反転に要する電流を低減することができる。この効果は、特に光変調素子５ＣがＴＭＲ素子である場合に大きく、さらに中間層５２にＭｇＯを適用する場合には、このＭｇＯ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磁化反転電流を低減できるＣｏＦｅＢ，Ｆｅ，Ｃｏを遷移金属膜５１１，５３１に適用することが好ましい。また、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜において、遷移金属膜５１１，５３１を積層されて接触する層は、それぞれＣｏ膜およびＰｄ膜のいずれでもよいが、Ｐｄ膜とすることが好ましい。なお、遷移金属膜５１１，５３１にＣｏを用いた場合、その膜厚は前記０．１〜１ｎｍの範囲であればよく、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜におけるＣｏ膜と必ずしも同じ膜厚（ｔCop，ｔCof）でなくてもよい。
【００５３】
第４実施形態に係る光変調素子５Ｃは、磁化固定層５１Ｂおよび磁化反転層５３Ｂの両方に遷移金属膜５１１，５３１を備える構成としているが、一方のみに備えてもその効果が得られる。したがって、第４実施形態の変形例として、遷移金属膜５３１を備えた磁化反転層５３Ｂに、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜のみで構成された磁化固定層５１と組み合わせた光変調素子（図示せず）としてもよい。また、遷移金属膜５１１，５３１は、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜以外で構成された磁化固定層および磁化反転層に積層してもその効果が得られる。例えば第２実施形態の変形例として、光変調素子５Ａ（図３（ａ）参照）に遷移金属膜５３１を加えた、すなわち磁化固定層５１Ａに磁化反転層５３Ｂを組み合わせた光変調素子としてもよいし、さらに磁化固定層５１Ａにも遷移金属膜５１１を積層してもよい（図示せず）。一方、第３実施形態の変形例として、光変調素子５Ｂ（図３（ｂ）参照）に遷移金属膜５１１を加えた、すなわち磁化反転層５３Ａに磁化固定層５１Ｂを組み合わせた光変調素子としてもよいし、さらに磁化反転層５３Ａにも遷移金属膜５３１を積層してもよい（図示せず）。
【００５４】
以上のように、第４実施形態に係る光変調素子によれば、高精細かつ高速応答とすることが可能なスピン注入磁化反転素子を、第１〜３実施形態に係る光変調素子と同等に光変調度を向上させ、さらに磁化反転電流を低減した光変調素子とすることができる。
【００５５】
［空間光変調器、表示装置］
（空間光変調器の第１実施形態）
次に、前記の本発明の第１〜４実施形態およびその変形例に係る光変調素子を画素に備える空間光変調器、およびこれを用いた表示装置について、その実施形態を説明する。これらの光変調素子は、前記したように磁化反転動作および入射光の旋光がいずれも同様であるため、本明細書では第１実施形態に係る光変調素子５（図１参照）を画素に備えるとして説明する。なお、本明細書における画素とは、空間光変調器による表示の最小単位での情報（明／暗）を表示する手段を指す。
【００５６】
本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１は、基板７（図６参照）上に、図５に示すように２次元アレイ状に配列された画素４からなる画素アレイ４０と、画素アレイ４０から１つ以上の画素４を選択して駆動する電流制御部８０を備える。なお、本明細書における平面（上面）は空間光変調器の光の入射面であり、空間光変調器１は画素４（画素アレイ４０）に上方から入射した光を反射してその光を変調して上方へ出射する反射型の空間光変調器である。
【００５７】
図５に示すように、画素アレイ４０は、平面視でストライプ状の複数の上部電極２，２，…と、同じくストライプ状で、平面視で上部電極２と直交する複数の下部電極３，３，…と、を備え、上部電極２と下部電極３との交点毎に１つの画素４を設ける。したがって、画素４は、空間光変調器１の光の入射面に、２次元アレイ状に配列されて画素アレイ４０を構成する。本実施形態では、画素アレイ４０は、５行×５列の２５個の画素４からなる構成で例示される。なお、上部電極２と下部電極３は、適宜、両者をまとめて電極２，３と称する。そして、図５および図６に示すように、画素４は、当該画素４における一対の電極としての上部電極２および下部電極３と、これらの電極２，３に上下から挟まれた光変調素子５を備える。また、図６において、光変調素子５の保護層５４（図１参照）は図示を省略する。また、隣り合う上部電極２，２間、光変調素子５，５間、および下部電極３，３間は、絶縁部材６で埋められている。
【００５８】
図５に示すように、電流制御部８０は、上部電極２を選択する上部電極選択部８２と、下部電極３を選択する下部電極選択部８３と、これらの電極選択部８２，８３を制御する画素選択部（画素選択手段）８４と、電極２，３に電流を供給する電源（電流供給手段）８１と、を備える。これらはそれぞれ公知のものでよく、光変調素子５を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給するものとする。
【００５９】
上部電極選択部８２は、上部電極２の１つ以上を選択し、下部電極選択部８３は、下部電極３の１つ以上を選択し、それぞれに電源８１から所定の電流を供給させる。画素選択部８４は、例えば図示しない外部からの信号に基づいて画素アレイ４０の特定の１つ以上の画素４を選択し、選択した画素４に接続する電極２，３を電極選択部８２，８３に選択させる。電源８１は、選択した画素４に備えられる光変調素子５を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給する。このような構成により、特定の画素４が選択され、この画素４の光変調素子５に、所定の電流が供給されて磁化反転させる。なお、図５において、電源８１は、電極２，３のそれぞれ一端に電極選択部８２，８３を介して接続されているが、両端に接続されていてもよい。両端に接続されることにより、応答速度を上げ、画素間の動作ばらつきも低減できる。
【００６０】
空間光変調器１の画素４の構成の詳細を図５および図６を参照して説明する。上部電極２は、図６に示すように光変調素子５の上に配され、図５に示すように横方向に帯状に延設される。１つの上部電極２は、横１行に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子５に電流を供給する。一方、下部電極３は、光変調素子５の下に配され、縦方向に帯状に延設される。１つの下部電極３は、縦１列に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子５に電流を供給する。上部電極２は、光変調素子５の入射光および出射光を遮らないように透明電極材料で構成される。一方、下部電極３は導電性の優れた電極用金属材料で構成される。
【００６１】
光変調素子５は、図５に示すように、平面視で上部電極２と下部電極３の重なる部分に配され、この電極２，３に上下から挟まれて接続されている。光変調素子５の平面視形状は、本実施形態においては正方形であるが、これに限定されるものではない。また、１個の画素４につき１個の光変調素子５が配されているが、例えば１つの画素４に面方向で（１×３）個、（２×２）個等の複数の光変調素子５を備えてもよい。
【００６２】
上部電極２は、光が透過するように透明電極材料で構成される。透明電極材料は、例えば、インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）、インジウム−スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化アンチモン−酸化スズ系（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）等の公知の透明電極材料からなる。特に、比抵抗と成膜の容易さとの点からＩＺＯが最も好ましい。これらの透明電極材料は、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法等の公知の方法により成膜される。
【００６３】
電極（配線）を透明電極材料で構成する場合、電極とこの電極に接続する光変調素子５との間に金属膜を設けることが好ましい。すなわち透明電極材料で構成された上部電極２においては、光変調素子５との間の下地層として金属膜を積層することが好ましい（図示せず）。光変調素子５との間に金属膜を介在させることで、電極用金属材料より抵抗が大きい透明電極材料からなる上部電極２においても、上部電極２−光変調素子５間の接触抵抗を低減させて応答速度を上げることができる。
【００６４】
下地層を構成する金属としては、例えば、Ａｕ，Ｒｕ，Ｔａ、またはそれらの金属の２種以上からなる合金等を用いることができ、これらの金属はスパッタリング法等の公知の方法により成膜される。そして、下地層とその上の層すなわち透明電極との密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、下地層となる金属膜は、透明電極材料と連続的に真空処理室にて成膜されることが好ましい。下地層の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えると光の透過量を低下させる。したがって、下地層の好ましい厚さは１〜１０ｎｍである。
【００６５】
下部電極３は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な電極用金属材料からなる。そして、スパッタリング法等の公知の方法により成膜、フォトリソグラフィ、およびエッチングまたはリフトオフ法等によりストライプ状に加工される。
【００６６】
基板７は、例えば表面を熱酸化したＳｉ基板等の公知の基板が適用できる。絶縁部材６は、隣り合う上部電極２，２間（図６不図示）、光変調素子５，５間、および下部電極３，３間に配され、例えば、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等からなる。
【００６７】
（空間光変調器の製造方法）
次に、図５および図６に示す空間光変調器１の画素４（画素アレイ４０）の製造方法について、その一例を説明する。
まず、下部電極３を形成する。基板７の表面に、金属電極材料をスパッタリング法等により成膜し、フォトリソグラフィ等によりストライプ状に形成して下部電極３とする。そして、下部電極３，３間にＳｉＯ2等の絶縁膜（絶縁部材６となる）を堆積させる。
【００６８】
次に、光変調素子５を形成する。下部電極３（および絶縁部材６）の上面に、連続して、磁化固定層５１、中間層５２、磁化反転層５３、保護層５４を、例えばスパッタリング法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の公知の方法で、連続的に成膜、積層する。これらの層を電子線リソグラフィおよびイオンビームミリング法等により前記平面視形状に成形加工して、光変調素子５とする。前記成形加工においてマスクとしたレジストを残した状態で、絶縁膜を成膜して、光変調素子５，５間（隣り合う画素４，４間におけるものを含む）に堆積させ、レジストをその上の絶縁膜ごと除去して（リフトオフ）絶縁部材６とする。あるいは、光変調素子５に成形加工した後レジストを除去して、絶縁膜を成膜して光変調素子５，５間に堆積させ、エッチングやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）等により光変調素子５の上の絶縁膜を除去してもよい。
【００６９】
次に、上部電極２を形成する。光変調素子５および絶縁部材６の上面に、下地層としての金属膜、透明電極材料を連続して成膜し、下部電極３と直交するストライプ状に形成して上部電極２とする。最後に、上部電極２，２間に絶縁部材６を堆積して、画素４（画素アレイ４０）とする。
【００７０】
（表示装置の第１実施形態、空間光変調器の画素選択の動作）
次に、空間光変調器１の画素選択の動作を、この空間光変調器１を用いた表示装置１０として、図６を参照して説明する。電極２，３は、前記の通り、電流制御部８０に接続される。また、図６に示すように、本実施形態に係る表示装置１０においては、空間光変調器１の画素４（画素アレイ４０）の上方に、画素アレイ４０に向けて光を照射する光源９１と、光源９１から照射された光を画素アレイ４０に入射する前に偏光とする入射偏光フィルタＰＦ１と、画素アレイ４０で反射して出射した光から特定の向きの偏光のみを透過する出射偏光フィルタＰＦ２と、出射偏光フィルタＰＦ２を透過した光を検出する検出器（画像表示手段）９３とが配置される。
【００７１】
光源９１は、例えばレーザー光源、およびこれに光学的に接続されてレーザー光を拡大するビーム拡大器、さらに拡大されたレーザー光を平行光とするレンズで構成される（図８参照）。光源９１から照射されたレーザー光は様々な偏光成分を含んでいるので、これを画素アレイ４０の手前の入射偏光フィルタＰＦ１を透過させて、１つの偏光成分の光とする。以下、１つの偏光成分の光を偏光と称する。この偏光（入射偏光）は、画素アレイ４０のすべての画素４に所定の入射角で入射する。それぞれの画素４において、入射偏光は、上部電極２を透過して光変調素子５に入射し、光変調素子５の磁化反転層５３で反射して出射偏光として出射し、再び上部電極２を透過して画素４から出射する。それぞれの画素４から出射したすべての出射偏光は、出射偏光フィルタＰＦ２に到達する。出射偏光フィルタＰＦ２は、特定の偏光、ここでは入射偏光に対して角度θap旋光した偏光のみを透過させ、この透過した出射偏光が検出器９３に入射される。偏光フィルタＰＦ１，ＰＦ２はそれぞれ偏光板等であり、検出器９３はスクリーン等の画像表示手段である。あるいは、検出器９３はカメラ等の撮像手段としてもよい。
【００７２】
前記したように、光変調素子５はスピン注入磁化反転素子であり、電極２，３から供給される電流の向きに応じて磁化反転して、磁化反転層５３で反射した偏光を、互いに反対向きに旋光させる（図２（ａ）、（ｂ）参照）。磁化が平行、反平行である光変調素子５における旋光角をそれぞれθp，θapと表し、磁化反転層５３のカー回転角をθkとすると、θp＝＋θk、θap＝−θkとなり、電極２，３からの電流の向きにより光変調素子５からの出射光の偏光の向きの差すなわち旋光角の差|θp−θap|は２θkとなる。
【００７３】
あるいは、光変調素子５に入射した偏光が、磁化反転層５３、中間層５２、磁化固定層５１を透過し、下部電極３の上面で反射して、再び磁化固定層５１、中間層５２、磁化反転層５３を透過して出射する構成であってもよい。この場合は、磁性体である磁化反転層５３および磁化固定層５１を透過することで、ファラデー効果により、偏光はその向きが、磁化反転層５３および磁化固定層５１のそれぞれの所定の角度（旋光角）に回転（旋光）する。ただし、磁化固定層５１の磁化方向は一定であるので、光変調素子５からの出射光の偏光の変化は磁化反転層５３のファラデー回転角θFによって決定される。出射光は磁化反転層５３を２回透過しているので、旋光角の差|θp−θap|は４θFとなる。
【００７４】
入射偏光に対して角度θap旋光した図６の左右両端の画素４，４からのそれぞれの出射偏光は、出射偏光フィルタＰＦ２を透過して検出器９３に到達するので、この画素４は明るく（白く）検出器９３に表示される。一方、中央の画素４からの出射偏光は、出射偏光フィルタＰＦ２で遮られるので、この画素４は暗く（黒く）、検出器９３に表示される。このように、画素毎に明／暗（白／黒）を切り分けられ、電流の向きを切り換えれば明／暗が切り換わる。なお、空間光変調器１の初期状態としては、例えば全体が白く表示されるように、すべての画素４の光変調素子５の磁化を反平行にするべく、上部電極２のすべてを「−」、下部電極３のすべてを「＋」にして、上向きの電流を供給すればよい。
【００７５】
ここで、磁化反転層５３のカー回転角θkおよびファラデー回転角θFは、前記したように光の入射角が磁化反転層５３の磁化方向に近いほど大きい。したがって、入射角は膜面に垂直すなわち０°とすることが旋光角の差|θp−θap|を最大にする上で望ましいが、このようにすると出射偏光の光路が入射偏光の光路と一致する。そこで、入射角を少し傾斜させて、出射偏光フィルタＰＦ２および検出部９３、光源９１および入射偏光フィルタＰＦ１が、それぞれ入射偏光および出射偏光の光路を遮らない配置となるようにする。具体的には、偏光の入射角は５°〜３０°とすることが好ましい。または、入射角０°として、入射偏光フィルタＰＦ１と画素アレイ４０との間にハーフミラーを配置して、出射偏光のみを側方へ反射させてもよい。この場合、出射偏光フィルタＰＦ２および検出器９３は画素アレイ４０の側方に配置する。
【００７６】
（空間光変調器および表示装置の第２実施形態）
本発明に係る空間光変調器においては、別の実施形態（第２実施形態）として、上下を入れ替えた構成として基板側から入射する反射型の空間光変調器としてもよい（図示せず）。すなわち、下部電極を透明電極材料で、上部電極を電極用金属材料でそれぞれ構成して、下方から入射した光が下部電極を透過して光変調素子５または上部電極で反射して再び下部電極を透過して出射する。この場合、下部電極は上部電極を透明電極材料で構成した場合と同様に、光変調素子５との間に金属膜である下地層を設けて接触抵抗を低減させることが好ましい。また、光変調素子５は磁化固定層５１と磁化反転層５３の位置を入れ替えて積層する。さらに、基板は、下方から画素４に光を入射させて、再び画素４から出射した光がさらに下方へ照射されるように、透明な基板材料、例えば、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ等からなる。このような第２実施形態に係る空間光変調器は、画素アレイ４０の上下（表裏）を反転させて基板側を光源９１等に向けて配置することで、表示装置１０（図６参照）に用いることができる。
【００７７】
（空間光変調器および表示装置の第３実施形態）
本発明に係る空間光変調器においては、さらに別の実施形態（第３実施形態）として、図７に示すように、上部電極２および下部電極３Ａを共に透明電極材料で構成して、透過型の空間光変調器１Ａとしてもよい。このとき、基板７Ａは、上方から画素４Ａを透過した光がさらに下方へ照射されるように、第２実施形態で示した前記の透明な基板材料からなる。また、光変調素子５は磁化固定層５１と磁化反転層５３の位置を入れ替えて積層してもよい。このような空間光変調器１Ａを用いた表示装置１０Ａにおいては、光源９１および入射偏光フィルタＰＦ１は画素アレイ４０Ａの直上に、出射偏光フィルタＰＦ２および検出器９３は、画素アレイ４０Ａの直下にそれぞれ配置し、入射角０°とすることができる。また、空間光変調器１Ａは、画素アレイ４０Ａの上下を反転させて表示装置１０Ａに配置されてもよい。
【００７８】
（空間光変調器の実施形態の変形例）
さらに第１〜第３実施形態に係る空間光変調器のそれぞれの変形例として、透明電極材料で構成して光を透過させる上部電極および下部電極について、配線部分は電極用金属材料として光変調素子５と平面視で重なる領域に孔を形成し、この孔の内部のみに透明電極材料を設けてもよい（図示せず）。このような電極とすることで、低抵抗の金属材料を用いて光変調素子５に光を入射させることができるので、配線抵抗による電圧降下を抑えて省電力化および画素間の動作ばらつきを低減できる。
【００７９】
以上のように、本発明の各実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、高精細かつ高速応答とすることが可能なスピン注入磁化反転素子を光変調素子として、画素選択性の優れた空間光変調器となる。そして、このような空間光変調器を用いた本発明の実施形態に係る表示装置は、高精細かつ鮮明な画像を速い表示速度で表示することができる。
【００８０】
［ホログラフィ装置］
次に、図８を参照して、本発明の一実施形態に係るホログラフィ装置について説明する。本発明の実施形態に係るホログラフィ装置は、本発明の実施形態に係る表示装置１０（図６参照）を、ホログラムを投影するように構成の一部を変えたものである。表示装置１０と同一の要素については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８１】
本発明の一実施形態に係るホログラフィ装置１１は、参照光と被写体の物体光とにより形成される干渉縞を撮像して画像信号に変換するＣＣＤカメラ９４等の撮像手段を備えた信号生成部と、前記画像信号を入力されて被写体の画像（ホログラム）を再生する本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１を備える画像再生部から構成される。画像再生部は、空間光変調器１の画素アレイ４０の光の入出射側に光源９１および偏光フィルタＰＦ１，ＰＦ２をさらに備える。すなわち、画像再生部は、表示装置１０から検出器９３（画像表示手段）を除いた構成であり、表示装置と同様に、第２、第３実施形態に係る空間光変調器（図７参照）を適用することもできる。一方、信号生成部は、干渉縞を得るための光源９２およびハーフミラーＨＭ１，ＨＭ２、ならびに光を所定の方向へ反射するためのミラーをさらに備える。光源９２は、画像再生部の光源９１とともに、表示装置１０に用いたものと同様のレーザー光源を用いた構成である。
【００８２】
本発明の一実施形態に係るホログラフィ装置１１は、信号生成部において、１つの光源９２から照射された光をハーフミラーＨＭ１で被写体への照明光と参照光との２系統の光に分割し、照明光の被写体からの反射光である物体光と前記参照光とをハーフミラーＨＭ２により重畳させて干渉縞を形成する。この干渉縞をＣＣＤカメラ９４が撮像して干渉縞パターン画像信号（画像信号）に変換して、この画像信号を空間光変調器１の画素選択部８４（図５参照）に入力する。画像再生部においては、空間光変調器１が、前記画像信号に基づき、光源９１からの入射光（さらに入射偏光フィルタＰＦ１を介した入射偏光）を光変調することによって、出射光（さらに出射偏光フィルタＰＦ２を透過した光）がホログラムとなる。本発明の実施形態に係るホログラフィ装置は、高速応答の可能な本発明の各実施形態に係る空間光変調器を用いることで、干渉縞パターン画像信号に対応した光変調が可能となる。
【００８３】
［ホログラム記録装置］
次に、図９を参照して、本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置について説明する。表示装置１０（図６参照）およびホログラフィ装置１１（図８参照）と同一の要素については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８４】
本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置１２は、光源９２、光源９２から照射された光を２系統の光に分割するハーフミラーＨＭ１、２系統の光のそれぞれを光変調する空間光変調器１ａ，１ｂ、および空間光変調器１ａ，１ｂのそれぞれの出射光をホログラム記録媒体（記録媒体）Ｍに照射された際の波面の乱れを撮像して位相情報を検出するＣＭＯＳカメラ（撮像手段）９５を備える。本実施形態において、空間光変調器１ａ，１ｂは、それぞれ本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１と同じ構成であり、あるいは第２、第３実施形態に係る空間光変調器（図７参照）を適用してもよい。ホログラム記録媒体Ｍは、例えば２枚のガラス板で挟んで担持されたフォトポリマー材料等からなる。
【００８５】
ホログラム記録装置１２においては、ホログラフィ装置１１と同様に分割された２系統の光の一方を第１の空間光変調器１ａで外部からの２次元ページデータを入力信号として信号光へ光変調し、他方の参照光を第２の空間光変調器１ｂで位相情報を入力信号として光変調し、この光変調された参照光と信号光とを同時にホログラム記録媒体Ｍに照射して記録する。さらに、ホログラム記録装置１２は、ホログラム記録媒体Ｍにおける波面の乱れをＣＭＯＳカメラ９５により位相情報として出力し、この位相情報を第２の空間光変調器１ｂにリアルタイムに入力して波面の乱れによる影響をキャンセルするフィードバックが可能である。
【００８６】
［撮像装置］
次に、図１０を参照して、本発明の一実施形態に係る撮像装置について説明する。本発明の実施形態に係る撮像装置は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１（図５、図６参照）を撮像装置に適用したものである。空間光変調器１および表示装置１０と同一の要素については同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８７】
本発明の一実施形態に係る撮像装置１３は、図１０に示すように、本発明の第１実施形態に係る光変調素子５を備えた複数の画素４からなる画素アレイ４０と、画素アレイ４０から１つ以上の画素４を選択して駆動する電流制御部８０と、特定の方向の偏光を透過する出射偏光フィルタ（偏光子）ＰＦ２と、光を電荷に変換する光電変換部（光電変換手段）９６と、電荷を蓄積する電荷蓄積部（電荷蓄積手段）９７と、電荷を信号に変換する電荷／映像信号変換部９８と、を備える。すなわち、撮像装置１３は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１を構成する画素アレイ４０と電流制御部８０を備え、これらの構成は、図５に示す空間光変調器１の平面模式図を参照できる。
【００８８】
画素アレイ４０（画素４）および電流制御部８０は、それぞれ図５に示す空間光変調器１におけるものと同じ構成であるので説明は省略する。出射偏光フィルタＰＦ２は、画素アレイ４０から出射した光を受けて、選択された画素４から出射した光のみを透過させる濾光手段であり、空間光変調器１で使用されるものと同様に偏光板等からなる。光電変換部９６は、出射偏光フィルタＰＦ２を透過した光を電荷に変換するもので、フォトダイオード等からなる。電荷蓄積部９７は、光電変換部９６で変換された電荷を蓄積するもので、コンデンサ等を備える。また、電荷蓄積部９７は、電流制御部８０の画素選択部８４と接続し、蓄積した電荷に対応する画素４を特定する情報を記憶する。電荷／映像信号変換部９８は、電荷蓄積部９７が放出した電荷を前記の画素４を特定する情報と対応付けて電気信号（映像信号）に変換する。出射偏光フィルタＰＦ２、光電変換部９６、電荷蓄積部９７、電荷／映像信号変換部９８は、それぞれ公知の手段によるものでよい。このように、本発明の一実施形態に係る撮像装置１３における画素４は、受光手段のみを備え、ＣＭＯＳ等からなる従来の画素（撮像素子）のように、それぞれに光電変換手段および電荷蓄積手段をさらに備える必要がない。また、撮像装置１３における画素選択は、撮像すなわち出射光の光電変換を行う画素４を走査するもので、例えば、画素アレイ４０において画素４をシフトさせて選択、選択解除を繰り返す。電流制御部８０による画素選択の方法については、第１実施形態に係る空間光変調器１におけるものと同様であるので説明は省略する。
【００８９】
次に、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成の詳細を、図１１を参照して説明する。図１１に示すように、撮像装置１３は、図１０に示したブロック図にさらに、光（入射光）を画素４に入射する前に偏光する入射偏光フィルタＰＦ１、および出射偏光フィルタＰＦ２を透過した光が光電変換部９６に入射するように集光する集光レンズ９９を備える。撮像装置１３は空間光変調器１と同じく反射型であり、これらの要素は画素アレイ４０の上方に配置される。また、撮像装置１３においては、光の入射面に、表示装置１０の光源９１に代えて被写体（撮像対象）が配される。なお、図１１において、電荷蓄積部９７、電荷／映像信号変換部９８、および光変調素子５の保護層５４（図１参照）は図示を省略する。
【００９０】
撮像装置１３の画素選択の動作を、図１１を参照して説明する。被写体からの反射光、すなわち被写体光は様々な偏光成分を含んでいるので、これを入射偏光フィルタＰＦ１に透過させて、１つの偏光成分の入射偏光とする。入射偏光は、所定の入射角で画素４に入射し、上部電極２を透過して、光変調素子５または下部電極３表面で反射して、再び上部電極２を透過して、出射偏光フィルタＰＦ２に到達する。出射偏光フィルタＰＦ２は、図１１において中央に示す選択された画素４からの出射偏光、すなわち入射偏光に対して角度θap旋光した偏光のみを透過させ、透過した出射偏光は集光レンズ９９で集光されて光電変換部９６に入射し、電荷に変換される。画素４（光変調素子５）から出射した偏光の旋光については、光変調素子５の第１実施形態において説明した通りである。このように、光電変換部９６に入射する光はその時点で選択されている画素４のみから出射した光であるので、光電変換部９６は撮像装置１３に１つ備えればよく、画素４毎に備える必要はない。なお、入射偏光フィルタＰＦ１は、出射偏光フィルタＰＦ２と同様に偏光板等からなる。また、集光レンズ９９は、画素アレイ４０のいずれの画素４から出射した光でも光電変換部９６に入射するように集光できるものであればよく、複数枚のレンズで構成されてもよい。
【００９１】
本実施形態に係る撮像装置１３は、第１実施形態に係る空間光変調器１を備えて上方の被写体光を撮像する反射型の撮像装置として示したが、表示装置の第２実施形態として説明したように、第２実施形態に係る空間光変調器を備える場合は、空間光変調器の画素アレイ４０の上下を反転させて配置すればよい。さらに、表示装置の第３実施形態として説明したように、第３実施形態に係る透過型の空間光変調器１Ａを備えた透過型の撮像装置とすることもできる。この場合は、表示装置１０Ａ（図７参照）と同様に、画素アレイ４０Ａの直下に出射偏光フィルタＰＦ２を配置し、さらにその直下に集光レンズ９９、光電変換部９６を配置する（図示せず）。また、撮像装置１３は、撮像素子として第１実施形態に係る光変調素子５を備えるが、空間光変調器の画素と同様に、第２〜第４実施形態に係る光変調素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃおよびそれらの変形例のいずれも適用できる。
【００９２】
以上のように、本発明の実施形態に係る撮像装置によれば、画素の選択−非選択で旋光角の差が大きいため、画素の走査性に優れた撮像装置となる。
【００９３】
以上、本発明の光変調素子、空間光変調器、表示装置、ホログラフィ装置、ホログラム記録装置、および撮像装置を実施するための各実施形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【実施例】
【００９４】
本発明の効果を確認するために、表１の実施例１に示す本発明の第１実施形態に係る光変調素子（図１参照）のサンプルを作製し、そのカー回転角θkおよび保磁力Ｈcf，Ｈcpを評価した。表１に示す膜厚の単位はｎｍである。また、磁化反転層の上には保護層（図１参照）としてＲｕを厚さ３ｎｍで積層し、下部電極はＣｕ、上部電極はＩＺＯを適用した。なお、反射光の旋光角の測定により評価するため、フォトリソグラフィ等による加工は施さず、下部電極から上部電極までをＤＣマグネトロンスパッタリング法で連続して成膜した。同様に、比較例として、表１に示す構成の光変調素子のサンプルを作製した。比較例１は実施例１と同じ垂直磁気異方性、比較例２は面内磁気異方性を有し、いずれもＧＭＲ構造である。
【００９５】
作製したサンプルに、外部から一様な磁界を印加することによって、磁化固定層および磁化反転層の磁化方向が一方向となるようにした。そして、波長４０５ｎｍの青色レーザー光を入射角３０°で入射して、サンプルからの反射光の旋光角を、垂直磁界マイクロＫｅｒｒ効果測定装置（ネオアーク株式会社製）で測定した。次に、反射光の旋光角の測定を継続したまま、前記印加磁界と反対方向の磁界をその大きさを漸増させながら印加することによって、磁化反転層の磁化を反転させて、サンプルからの反射光の変化した旋光角を測定した。磁化反転による旋光角の差をカー回転角の変化量２θkとして表１に示す。また、実施例１については、引き続き磁界を漸増させて、反射光の旋光角が再び変化するまで、すなわち磁化固定層の磁化が反転するまで印加した。
【００９６】
【表１】
2011002522.tif 000003
【００９７】
表１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光変調素子５のサンプルである実施例１は、磁化反転層５３をＣｏ／Ｐｄ多層膜で構成したことにより、面内磁気異方性を有する比較例２はもちろんのこと、同じ垂直磁気異方性を有する比較例１よりも大きなカー回転角θkが得られた。
【００９８】
さらに実施例１について、磁化反転層５３および磁化固定層５１のそれぞれの磁化が反転したときの印加磁界の大きさから、それぞれの保磁力Ｈcf：７５０Ｏｅ、Ｈcp：１７００Ｏｅを得た。このように、磁化固定層５１より磁化反転層５３を、それぞれの全体の厚さとしては薄く、Ｃｏ膜単層の膜厚は厚く、またＰｄ単層の膜厚は薄く（ｔCof＞ｔCop，ｔPdf＜ｔPdp）構成したことで、磁化反転層５３の保磁力Ｈcfが磁化固定層５１の保磁力Ｈcpに対して十分に小さく、低電流で磁化反転させることができる光変調素子５となった。
【００９９】
さらに本発明の効果をより高いものとする条件を確認するために、表１に示す実施例１のサンプルについて、磁化反転層５３を構成するＣｏ／Ｐｄ多層膜におけるＰｄ膜とＣｏ膜のそれぞれの単層の膜厚を変化させたサンプルを作製し、その保磁力とカー回転角を測定した。
【０１００】
磁化固定層５１および中間層５２は表１に示す実施例１と同様とし、磁化反転層５３を構成するＣｏ／Ｐｄ多層膜は、そのＣｏ膜とＰｄ膜との繰り返しの回数を５回として積層した。なお、Ｃｏ膜単層の膜厚ｔCofを変化させたサンプルにおいてはＰｄ膜単層の膜厚ｔPdf：０．８ｎｍに固定し、Ｐｄ膜単層の膜厚ｔPdfを変化させたサンプルにおいてはＣｏ膜単層の膜厚ｔCof：０．３ｎｍに固定した。
【０１０１】
作製したサンプルについて、実施例１と同様の方法で磁化反転旋光角を測定し、カー回転角θkおよび磁化反転層５３の保磁力Ｈcfを測定した。磁化反転層５３の保磁力Ｈcfおよびカー回転角θkの、Ｃｏ膜の膜厚ｔCof依存性およびＰｄ膜の膜厚ｔPdf依存性のグラフを図１２、図１３に示す。
【０１０２】
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁化反転層５３の保磁力Ｈcfは、Ｃｏ膜単層の膜厚ｔCofが厚いほど、またＰｄ膜単層の膜厚ｔPdfが薄いほど、小さくなった。一方、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、カー回転角θkは、Ｃｏ膜単層の膜厚ｔCofが厚いほど、またＰｄ膜単層の膜厚ｔPdfが薄いほど、大きくなった。なお、Ｐｄ膜単層の膜厚ｔPdfが薄いとカー回転角θkが大きくなるのは、反射率の高いＰｄ膜が薄くなることでより多くの光が透過してその下のＣｏ膜に入射するためと考えられる。このように、本発明の第１実施形態に係る光変調素子５は、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜のＣｏ膜およびＰｄ膜のそれぞれの単層の膜厚を制御することにより、磁化反転層５３と磁化固定層５１との保磁力差を好ましいものとして、かつカー回転角θkを大きくすることが容易となる。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１Ａ  空間光変調器
１０，１０Ａ  表示装置
１１    ホログラフィ装置
１２    ホログラム記録装置
１３    撮像装置
４０，４０Ａ  画素アレイ
４，４Ａ  画素
２      上部電極
３，３Ａ  下部電極
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  光変調素子
５１，５１Ａ，５１Ｂ  磁化固定層
５１１  遷移金属膜（金属膜）
５２    中間層
５３，５３Ａ，５３Ｂ  磁化反転層
５３１  遷移金属膜（金属膜）
５４    保護層
６      絶縁部材
７，７Ａ  基板
８０    電流制御部
８１    電源（電流供給手段）
８４    画素選択部（画素選択手段）
９１，９２  光源
９３    検出器（画像表示手段）
９４    ＣＣＤカメラ（撮像手段）
９５    ＣＭＯＳカメラ（撮像手段）
９６    光電変換部（光電変換手段）
９７    電荷蓄積部（電荷蓄積手段）
ＰＦ１  入射偏光フィルタ
ＰＦ２  出射偏光フィルタ（偏光子）
【図１】
2011002522.tif 000004
【図２】
2011002522.tif 000005
【図３】
2011002522.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011002522.tif 000010
【図８】
2011002522.tif 000011
【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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