(57)【要約】【課題】より簡易なプロセスで設計の自由度を狭めることなく、強磁性層の保磁力制御を容易に実現可能な磁壁移動型空間光変調器を提供すること。【解決手段】入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部３と、光変調部３の両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２と、を有する磁壁移動型空間光変調素子１０を備える磁壁移動型空間光変調器１００であって、第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２はいずれも、強磁性材料からなる第１強磁性層１１，２１と、第１強磁性層１１，２１上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層１１，２１と強磁性交換結合する第２強磁性層３０と、を有し、第２強磁性交換結合部２のみが、第２強磁性層３０上に形成され第２強磁性層３０の保磁力を低下又は増加させる保磁力制御層６０をさらに有する磁壁移動型空間光変調器１００である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、
前記光変調部の両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する第１強磁性交換結合部及び第２強磁性交換結合部と、
を有する磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、
前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部はいずれも、
強磁性材料からなる第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層と、を有し、
前記第２強磁性交換結合部のみが、前記第２強磁性層上に形成され前記第２強磁性層の保磁力を低下又は増加させる保磁力制御層をさらに有する磁壁移動型空間光変調器。
【請求項２】
前記保磁力制御層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらの合金、又はこれらの化合物で構成される磁性材料からなることで、前記第２強磁性層と強磁性交換結合して前記第２強磁性層の保磁力を低下させる請求項１に記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項３】
前記保磁力制御層は、Ｇｄ層、又はＴｂ層からなることで、前記第２強磁性層の保磁力を増加させる請求項１に記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項４】
前記保磁力制御層は、希土類と遷移金属の合金であるＲＥ−ＴＭ合金、又は強磁性金属膜と非磁性金属膜が交互に積層された人工格子多層膜からなることで、前記第２強磁性層と強磁性交換結合して前記第２強磁性層の保磁力を低下又は増加させる請求項１に記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項５】
前記ＲＥ−ＴＭ合金が、ＳｍＣｏ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ、又はＧｄＦｅＣｏである請求項４に記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項６】
前記人工格子多層膜が、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、又はＣｏ／Ｎｉ多層膜である請求項４に記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項７】
前記第２強磁性層は、ＴｂＣｏ層、ＴｂＦｅＣｏ層、ＧｄＦｅ層、又はＧｄＦｅＣｏ層からなる請求項１から６いずれかに記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項８】
前記第１強磁性層は、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、又はＴｂＦｅＣｏからなる請求項１から７いずれかに記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項９】
前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部はいずれも、
前記第１強磁性層上に形成され、非磁性金属からなる非磁性金属層と、
前記非磁性金属層上に形成され、酸化物又は窒化物からなるバッファ層と、をさらに有する請求項１から８いずれかに記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項１０】
前記第２強磁性交換結合部は、
前記第２強磁性層上に形成され、非磁性金属からなる非磁性金属層と、
前記非磁性金属層上に形成され、酸化物又は窒化物からなるバッファ層と、をさらに有する請求項１から９いずれかに記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項１１】
前記バッファ層は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、又はＲｕＯ２からなる請求項９又は１０に記載の磁壁移動型空間光変調器。
【請求項１２】
前記非磁性金属層は、Ｔａ層からなる請求項９から１１いずれかに記載の磁壁移動型空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視域の広い立体ホログラフィ用空間光変調器として有望な磁壁移動により光変調領域の磁区構造を制御することで光の明暗を表示する磁気光学式空間光変調器（以下、「磁壁移動型空間光変調器」と言う。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体ホログラフィにおいて実用に足る３０度以上の視域を確保するためには、表示装置である空間光変調器（ＳＬＭ）の画素ピッチを１ミクロン以下にする必要がある。液晶やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等、既存のＳＬＭは画素ピッチが５ミクロン程度であり、これ以上の微細化は困難である。一方で、画素の書き換えにスピン注入磁化反転や磁壁移動を用いた磁気光学式空間光変調器（ＭＯＳＬＭ）は、光利用効率や動作電流等の観点から性能改善の必要はあるものの、１ミクロン程度の画素ピッチを実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＭＯＳＬＭは、磁化の向きに応じた光の偏光面の回転を明暗に割り当てることにより光の変調を実現するデバイスである。ここで、出願人が提案済みである磁壁移動型ＳＬＭは、光変調層の両端に磁化固定層を配した構造により、光変調層に流す電流の向きによって磁区の拡大・縮小を制御することができる（例えば、特許文献２参照）。磁壁移動型ＳＬＭは、スピン注入磁化反転を用いたＭＯＳＬＭに比べて、低消費電力が期待できる一方で、光変調層と両端の磁化固定層（第１磁化固定層及び第２磁化固定層）という３種類の強磁性層に十分な保磁力差を与えるとともに、複雑なデバイス構造を精密に作製する等、１ミクロン以下を前提とする１画素内で高度なデバイス設計を実現する必要がある。
【０００４】
そこで出願人は、上記特許文献２において、磁化固定層と光変調層が強磁性結合していることを特徴とする磁壁移動型ＳＬＭを提案している。この特許文献２のような構成とすることで、作製が困難な磁壁移動型ＳＬＭを比較的容易に作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４１４０２号公報
【特許文献２】特願２０１７−１０９４７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記磁壁移動型ＳＬＭでは、第１磁化固定層と第２磁化固定層といった２つの強磁性層間に保磁力差を持たせるために、両者に保磁力の異なる材料・層構成の強磁性材料を適用するか、あるいは両者の形状を変えて形状磁気異方性による保磁力差を設計する必要がある。しかしながら、前者の方法では、２つの強磁性層を別々の微細加工プロセスによって形状加工する必要があり、高い表面平坦性が必要な光変調層を製膜・微細加工する直前のプロセスが複雑となる。また、後者の方法では、プロセスは単純だが、画素内の限られたスペースで電極や光変調部との位置合わせの設計マージンに加えて形状異方性を得るための形状設計が必要となり、自由なデバイス形状設計の妨げとなる。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡易なプロセスで設計の自由度を狭めることなく、強磁性層の保磁力制御を容易に実現可能な磁壁移動型空間光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  上記目的を達成するため本発明は、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部（例えば、後述の光変調部３）と、前記光変調部の両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する第１強磁性交換結合部（例えば、後述の第１強磁性交換結合部１）及び第２強磁性交換結合部（例えば、後述の第２強磁性交換結合部２）と、を有する磁壁移動型空間光変調素子（例えば、後述の磁壁移動型空間光変調素子１０）を備える磁壁移動型空間光変調器（例えば、後述の磁壁移動型空間光変調器１００）であって、前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる第１強磁性層（例えば、後述の第１磁化固定層１１及び後述の第２磁化固定層２１）と、前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層（例えば、後述の光変調層３０）と、を有し、前記第２強磁性交換結合部のみが、前記第２強磁性層上に形成され前記第２強磁性層の保磁力を低下又は増加させる保磁力制御層（例えば、後述の保磁力制御層６０）をさらに有する磁壁移動型空間光変調器を提供する。
【０００９】
（２）  （１）の磁壁移動型空間光変調器において、前記保磁力制御層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらの合金、又はこれらの化合物で構成される磁性材料からなることで、前記第２強磁性層と強磁性交換結合して前記第２強磁性層の保磁力を低下させるものでもよい。
【００１０】
（３）  （１）の磁壁移動型空間光変調器において、前記保磁力制御層は、Ｇｄ層、又はＴｂ層からなることで、前記第２強磁性層の保磁力を増加させるものでもよい。
【００１１】
（４）  （１）の磁壁移動型空間光変調器において、前記保磁力制御層は、希土類と遷移金属の合金であるＲＥ−ＴＭ合金、又は強磁性金属膜と非磁性金属膜が交互に積層された人工格子多層膜からなることで、前記第２強磁性層と強磁性交換結合して前記第２強磁性層の保磁力を低下又は増加させるものでもよい。
【００１２】
（５）  （４）の磁壁移動型空間光変調器において、前記ＲＥ−ＴＭ合金が、ＳｍＣｏ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ、又はＧｄＦｅＣｏであってもよい。
【００１３】
（６）  （４）の磁壁移動型空間光変調器において、前記人工格子多層膜が、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、又はＣｏ／Ｎｉ多層膜であってもよい。
【００１４】
（７）  （１）から（６）いずれかの磁壁移動型空間光変調器において、前記第２強磁性層は、ＴｂＣｏ層、ＴｂＦｅＣｏ層、ＧｄＦｅ層、又はＧｄＦｅＣｏ層からなるものでもよい。
【００１５】
（８）  （１）から（７）いずれかの磁壁移動型空間光変調器において、前記第１強磁性層は、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、又はＴｂＦｅＣｏからなるものでもよい。
【００１６】
（９）  （１）から（８）いずれかの磁壁移動型空間光変調器において、前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部はいずれも、前記第１強磁性層上に形成され、非磁性金属からなる非磁性金属層（例えば、後述の非磁性金属層１２，２２）と、前記非磁性金属層上に形成され、酸化物又は窒化物からなるバッファ層（例えば、後述のバッファ層１３，２３）と、をさらに有するものでもよい。
【００１７】
（１０）  （１）から（９）いずれかの磁壁移動型空間光変調器において、前記第２強磁性交換結合部は、前記第２強磁性層上に形成され、非磁性金属からなる非磁性金属層と、前記非磁性金属層上に形成され、酸化物又は窒化物からなるバッファ層と、をさらに有するものでもよい。
【００１８】
（１１）  （９）又は（１０）の磁壁移動型空間光変調器において、前記バッファ層は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、又はＲｕＯ２からなるものでもよい。
【００１９】
（１２）  （９）から（１１）いずれかの磁壁移動型空間光変調器において、前記非磁性金属層は、Ｐｔ層、Ｐｄ層、Ｒｕ層、Ｗ層、又はＴａ層からなるものでもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、より簡易なプロセスで設計の自由度を狭めることなく、強磁性層の保磁力制御を容易に実現可能な磁壁移動型空間光変調器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す斜視図である。
【図２】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。
【図３】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の動作を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。
【図５】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の一例を示す断面図である。
【図６Ａ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｂ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｃ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｄ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｅ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｆ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｇ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｈ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｉ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｊ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図６Ｋ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。
【図７Ａ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の模擬サンプル１を示す断面図である。
【図７Ｂ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の模擬サンプル１の磁気光学特性を示す図である。
【図８Ａ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の模擬サンプル２を示す断面図である。
【図８Ｂ】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の模擬サンプル２の磁気光学特性を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｂの部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通する構成については同一の符号を付している。また、説明の便宜上、図中の上下左右を磁壁移動型空間光変調素子の上下左右として説明する。
【００２３】
図１は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す斜視図である。図２は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。図３は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の動作を示す図である。図１及び図３中の矢印は、磁化方向の向きを示している。
【００２４】
これら図１〜図３に示すように、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０は、磁壁移動を利用した磁壁移動型空間光変調素子９１を備える。本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器は、その基本構成は図１〜図３に示す特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０の構成と同様であるため、以下、その基本構成について詳しく説明する。
【００２５】
図１に示すように、磁壁移動型空間光変調素子９１は、図示しないＳｉ等の基板上に形成され、第１強磁性交換結合部１と、第２強磁性交換結合部２と、光変調部３と、を有する。
第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２は、それぞれ図示しないＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成される下部電極を最下層に有し、この下部電極にパルス電流源９が接続されることでパルス電流を印加可能となっている。
【００２６】
磁壁移動型空間光変調素子９１の形状については特に限定されないが、例えば図１に示すように、光変調部３が所定方向に延びる平板状に形成され、その両端に第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２が配置された形状が挙げられる。光変調部３と第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２の上面は連続して面一とされ、第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２の厚みは光変調部３の厚みよりも厚くなっている。
【００２７】
図２に示すように、第１強磁性交換結合部１は、第１磁化固定層１１と、非磁性金属層１２及びバッファ層１３と、光変調層３０と、がこの順に積層されて構成される。
【００２８】
第１磁化固定層１１は、強磁性材料からなり、本発明の第１強磁性層に相当する。第１磁化固定層１１は、磁化方向が一方向に固定された層であり、大きな保磁力を有する。第１磁化固定層１１は、後述する光変調層３０と同一方向の磁気異方性を有し、光変調層３０に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いた場合には、第１磁化固定層１１も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いる。好ましくは、第１磁化固定層１１及び光変調層３０ともに、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成される。
【００２９】
第１磁化固定層１１は、磁化が垂直方向に固定された磁化固定層と磁化の方向が反転可能な磁化自由層で非磁性層を挟持する構造の垂直磁気異方性を有する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素子等の磁化固定層として公知の強磁性材料で構成可能である。具体的には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような遷移金属及びそれらを含む合金、例えばＴｂＦｅ系、ＴｂＦｅＣｏ系、ＣｏＣｒ系、ＣｏＰｔ系、ＣｏＰｄ系、ＦｅＰｔ系の合金を用いることができる。これにより、第１磁化固定層１１の保磁力を大きくすることができ、第１磁化固定層１１の磁化方向が外部磁場によって容易に変化しないように固定することが可能となる。
【００３０】
また、第１磁化固定層１１は、これらの遷移金属の層と非磁性金属の層とを交互に積層した多層の積層体で構成してもよく、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ等の多層膜を用いることができる。これらの強磁性材料を用いることにより、強い垂直磁気異方性を有するとともに、大きな保磁力を有する第１磁化固定層１１が得られる。
【００３１】
ここで、上述の多層膜は、熱処理することにより保磁力が増大する特性を有する。そのため、上述の多層膜からなる第１磁化固定層１１を熱処理してその保磁力を増大させると、光変調層３０と結合した後の強磁性交換結合部の保磁力もより大きくなり、光変調部３との保磁力差をより大きくすることができる。
【００３２】
非磁性金属層１２及びバッファ層１３は、第１磁化固定層１１と光変調層３０との間に配置され、第１磁化固定層１１と光変調層３０の間の磁気的結合を保つようにすることができる。
【００３３】
非磁性金属層１２は、上述の第１磁化固定層１１上に積層されて形成される。この非磁性金属層１２は、後述する製造工程において、第１磁化固定層１１にエッチングのダメージが及ばないようにするために設けられる。非磁性金属層１２は、非磁性金属からなり、非磁性の各種金属の薄膜層を用いることができる。例えば、非磁性金属層１２として、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｕを用いることができ、中でも、Ｔａからなるものが好ましく用いられる。
【００３４】
バッファ層１３は、上述の非磁性金属層１２上に積層されて形成される。バッファ層１３は、磁壁移動を利用した空間光変調素子でもＴＭＲ素子でも電流を流せることが必要であるため、薄膜化したときに抵抗が大き過ぎず、高い導電性を有するものである。また、バッファ層１３は、後述する製造工程におけるエッチングのレートが遅く、且つＳＩＭＳ（Secondary  Ion  Mass  Spectrometry）の検出感度が高い元素を含み、ＳＩＭＳ式エンドポイントモニターで見える材料であることが必要である。これにより、エッチングをバッファ層１３で確実に止めることが可能となり、第１磁化固定層１１にダメージが及ぶのを回避できる。
【００３５】
バッファ層１３は、酸化物又は窒化物からなるもので構成される。より具体的には、バッファ層１３は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＴｉＯ２、ＺｎＯ又はＲｕＯ２から構成されることが好ましい。中でも、バッファ層１３としては、ＭｇＯからなるものが好ましく用いられる。このＭｇＯからなるＭｇＯ層によれば、高い導電性を有し、エッチングのレートが遅いうえＳＩＭＳ感度が高いバッファ層１３を形成できる。
【００３６】
光変調層３０は、上述のバッファ層１３上に積層されて形成される。この光変調層３０は、強磁性材料からなり、本発明の第２強磁性層に相当する。光変調層３０は、公知の強磁性材料を適用でき、好ましくは磁気光学効果（カー効果）の大きい材料を適用する。磁気光学効果を大きくするためには、垂直磁気異方性を有する磁性層を用いることが好ましく、具体的には、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜のような遷移金属とＰｄ、Ｐｔ、Ｃｕとを繰り返し積層した多層膜、又はＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）が挙げられる。中でも、光変調層３０としては、ＧｄＦｅからなるＧｄＦｅ層が好ましく用いられる。
【００３７】
なお、光変調層３０は、後述する第２強磁性交換結合部２における第２強磁性層を構成するとともに、光変調部３自体を構成する。
【００３８】
上述の構成からなる第１強磁性交換結合部１では、第１磁化固定層１１と光変調層３０は、非磁性金属層１２及びバッファ層１３を介して強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第１磁化固定層１１の磁化方向と第１強磁性交換結合部１における光変調層３０の磁化方向は同時反転する。
【００３９】
第２強磁性交換結合部２は、第２磁化固定層２１と、非磁性金属層２２及びバッファ層２３と、光変調層３０と、がこの順に積層されて構成される。
【００４０】
また、第２強磁性交換結合部２では、第１強磁性交換結合部１と同様に、第２磁化固定層２１と光変調層３０は、非磁性金属層２２及びバッファ層２３を介して強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第２磁化固定層２１の磁化方向と第２強磁性交換結合部２における光変調層３０の磁化方向は同時反転する。
【００４１】
第２磁化固定層２１は、第１磁化固定層１１で使用可能な材料の中から選択され、同様に、非磁性金属層２２及びバッファ層２３も、それぞれ非磁性金属層１２及びバッファ層１３で使用可能な材料の中から選択される。
【００４２】
ここで、第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２は、後段で詳述するように磁壁３３及び光変調領域３００を形成するために、互いの保磁力が異なるように設計される。これにより、第１磁化固定層１と第２磁化固定層２の保磁力差により、光変調制御に必須となる光変調層３０両端の互いに反平行な初期磁化方向を外部磁界により実現することが可能となっている。これについては、後段で詳述する。
【００４３】
上述したように、光変調層３０は、光変調部３を構成する。この光変調層３０からなる光変調部３には、磁壁３３と、磁区３１，３２が形成されている。これについては、後段で詳述する。
【００４４】
なお、各磁化固定層（以下、第１磁化固定層１１及び第２磁化固定層２１を単に磁化固定層とも言う。）、各非磁性金属層、各バッファ層、及び光変調層３０の各層間、又は下部電極との界面に、機能層を適宜設けてもよい。例えば、微細加工プロセス中に光変調層３０が受けるダメージを防ぐために、光変調層３０上に、Ｔａ、Ｒｕ又はＳｉＮを含む、あるいはＴａ、Ｒｕ又はＳｉＮからなるキャップ層を設けてもよい。このキャップ層は、光変調層３０の形成に用いられて酸化し易いＧｄＦｅやＴｂＦｅＣｏが、素子完成後に大気中で酸化するのを防止する機能を有する。
【００４５】
次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子１０の磁気特性について、詳しく説明する。
上述した通り、第１強磁性交換結合部１は、光変調層３０と強磁性交換結合する第１磁化固定層１１を有し、第２強磁性交換結合部２は、同じく光変調層３０と強磁性交換結合する第２磁化固定層２１を有する。即ち、これら第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２は、それぞれ内部に強磁性交換結合を有し、それぞれの磁化方向は同時に反転する。そして、図１及び図３に示すように、第１強磁性交換結合部１の磁化方向は下向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部２の磁化方向は上向きに設計されている。
【００４６】
光変調部３には、光変調部３の延びる方向に対して直交する方向に延びる磁壁３３が形成されている。即ち、磁壁３３の両側に形成される磁区３１，３２の磁化方向は互いに逆方向となっている。例えば図１及び図３に示すように、磁壁３３よりも第１強磁性交換結合部１側の磁区３１の磁化方向は上向きであり、磁壁３３よりも第２強磁性交換結合部２側の磁区３２の磁化方向は下向きとなっている。
【００４７】
このように、磁壁３３を介して磁化方向の向きが異なる磁区３１，３２を光変調部３に形成することにより、磁壁移動型空間光変調素子１０を空間光変調素子として機能させることができる。より詳しくは、例えば磁壁移動型空間光変調素子１０を反射型の空間光変調素子として構成した場合には、磁壁移動型空間光変調素子１０の上方から光変調部３の上面に対して偏光の揃った光を入射すると、磁化方向の向きに応じて反射光の偏光面の回転角度が異なったものとなる。そのため、これら異なる偏光面の回転角度に応じた各反射光を、偏光フィルタを介してそれぞれ光の明暗に割り当てることにより、光の変調が可能となる。ただし、基板を、ガラスやサファイア等の透光性の材料で構成することにより、磁壁移動型空間光変調素子１０を透過型の空間光変調素子として機能させることも可能である。
【００４８】
ここで、図２及び図３を参照して、磁壁３３の生成メカニズムについて説明する。
先ず、光変調部３に磁壁３３を形成するためには、光変調層３０と強磁性交換結合する第１磁化固定層１１の保磁力と、同じく光変調層３０と強磁性交換結合する第２磁化固定層２１の保磁力とを、互いに異なるものとすることが必要である。
【００４９】
特許文献２では、第１磁化固定層１１の保磁力と第２磁化固定層２１の保磁力を互いに異なるものとする手法として、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層２１とで、互いに形状（例えば幅、厚み等）を異なるものとするか、一方のみ熱処理するか、あるいは互いの層構成を異なるものとするか、のいずれかが選択される。これにより、第１磁化固定層１１の保磁力と第２磁化固定層２１の保磁力を互いに異なるものとすることで、第１強磁性交換結合部１の保磁力と第２強磁性交換結合部２の保磁力を異なるものとすることができる。
【００５０】
これに対して本実施形態では、第２強磁性交換結合部２のみが第２強磁性層（光変調層３０）上に保磁力制御層を有し、第１強磁性交換結合部１は第２強磁性層（光変調層３０）上に保磁力制御層を有していない。これにより、第２強磁性交換結合部２における第２強磁性層の保磁力を低下又は増加させることができ、第１強磁性交換結合部１の保磁力と第２強磁性交換結合部２の保磁力を異なるものとしている。
【００５１】
図４は、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の構成を示す側面図である。図４において、上述した特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０と共通する構成については同一の符号を付している。
図４に示すように、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００は、上述したように第２強磁性交換結合部２のみが、第２強磁性層（光変調層３０）上に保磁力制御層６０を有している。即ち、第１強磁性交換結合部１には、第２強磁性層（光変調層３０）上に保磁力制御層が形成されていない。
【００５２】
より具体的には、図４に示すように、光変調層３０を微細加工した後の最終工程において、一方の磁化固定層（図４では第２磁化固定層２１）上に保磁力制御層６０として非常に薄い強磁性層を形成することで、保磁力制御層６０と光変調層３０が強磁性結合する。その結果、磁化固定層と強磁性結合している光変調層３０の保磁力が低下又は増加し、Ｈｃ１とＨｃ２の保磁力差を実現することができる。
【００５３】
本実施形態の保磁力制御層６０は、最終工程での微細加工となるため、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層２１を別の材料で実現するプロセスと比較して、光変調層３０の平坦性に影響の少ない簡易なプロセスで実現できる。また、特許文献２のように例えば形状磁気異方性で保磁力差を与える構成よりも、設計の自由度が高い。即ち、第１強磁性交換結合部１の幅（光変調部３の延びる方向（左右方向）の幅。以下同じ。）と第２強磁性交換結合部２の幅とを同一幅とすることができ、設計における形状の制約がより少ない。
【００５４】
例えば、上記保磁力制御層６０により、第１磁化固定層１１の保磁力を第２磁化固定層２１の保磁力よりも大きく設計することができる。この場合、図２に示すように第１強磁性交換結合部１の保磁力をＨｃ１とし、第２強磁性交換結合部２の保磁力をＨｃ２とし、光変調層の保磁力をＨｃ_ｍとすると、Ｈｃ１＞Ｈｃ２＞Ｈｃ_ｍの関係が成立する。
【００５５】
そして、上述のような保磁力の関係が成立する構造の素子に対して、磁場の強さＨが、Ｈ＞Ｈｃ１である磁場を、素子に対して下向きに印加する。すると、第１強磁性交換結合部１、第２強磁性交換結合部２及び光変調部３のいずれにおいても、磁化方向の向きは下向きとなる。
【００５６】
次いで、磁場の強さＨ’が、Ｈｃ１＞Ｈ’＞Ｈｃ２である磁場を、素子に対して上向きに印加する。すると、第１強磁性交換結合部１の磁化方向の向きは下向きのままであるのに対して、第２強磁性交換結合部２及び光変調部３の磁化方向の向きは、いずれも上向きに変化する。
【００５７】
このとき、図３に示すように光変調部３の両端には、初期磁区３１ａ，３２ａが生成する。より詳しくは、光変調部３の第１強磁性交換結合部１側の端部には、第１強磁性交換結合部１からの漏れ磁界（図３中の破線矢印参照）により、第１強磁性交換結合部１の下向きの磁化とは反平行な上向きの磁化方向の初期磁区３１ａが生成する。また、光変調部３の第２強磁性交換結合部２側の端部には、第２強磁性交換結合部２からの漏れ磁界（図３中の破線矢印参照）により、第２強磁性交換結合部２の上向きの磁化とは反平行な下向きの磁化方向の初期磁区３２ａが生成する。
【００５８】
次いでこの状態で、パルス電流源９からパルス電流を印加し、第１強磁性交換結合部１から第２強磁性交換結合部２、又は第２強磁性交換結合部２から第１強磁性交換結合部１に向けてパルス電流を流す。すると、初期磁区３１ａ，３２ａの生成により形成される磁壁３３を、パルス電流の向きと逆向き（電子の流れと同じ向き）に移動させることができる。これにより、図３に示すように、光変調部３の両端を除く光変調領域３００の磁化の向きを反転（図３の例では、光変調領域３００の磁化の向きを上向きに反転）させることが可能となっている。
【００５９】
次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の詳細な構成について、図５を参照して説明する。
図５は、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の一例の構成を示す断面図である。図５中、各層の括弧内の数値は、各層の好ましい厚み（ｎｍ）の一例を示している。
【００６０】
図５に示す例では、磁壁移動型空間光変調素子１０は、Ｓｉバックプレーン４１上に形成されている。
第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２はいずれも、Ｓｉバックプレーン４１側から順に、Ｔａ層４４、Ａｇ層４５、Ｃｏ／Ｐｄ層１１，２１、Ｔａ層１２，２２、ＭｇＯ層１３，２３、ＧｄＦｅ層３が積層されて構成されている。図５から明らかであるように、第１強磁性交換結合部１の幅と第２強磁性交換結合部２の幅は同一に設定されている。
【００６１】
Ｓｉバックプレーン４１には、図示しない下部電極が含まれている。下部電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成される。
ただし、本実施形態では電流を流すことができればよく、例えばＳｉバックプレーン４１と同様に、アクティブマトリックス駆動する構成としてＴＦＴバックプレーンを用いてもよい。また、例えばＳｉバックプレーンの代わりに、単純マトリックス駆動する構成としてもよい。
【００６２】
Ｔａ層４４及びＡｇ層４５は、上述の下部電極への密着性を向上させるために設けられる下地層である。これらＴａ及びＡｇであれば、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜１１，２１の磁気特性に悪影響を与えることがないため好ましい。なお、Ｔａの代わりにＲｕを用いてもよい。
【００６３】
Ｃｏ／Ｐｄ層１１，２１はそれぞれ上述の第１，第２磁化固定層を構成し、Ｔａ層１２，２２は上述の非磁性金属層を構成し、ＭｇＯ層１３，２３は上述のバッファ層を構成する。
【００６４】
なお、本実施形態では、第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２とでは、前者は光変調層３０上に第１保護層６１を有する一方で、後者は光変調層３０上に上述の保磁力制御層６０及びその上に第２保護層６２を有する点において構成が相違している。これら相違点を除いて、両者の各層の構成材料は全て同一である。
【００６５】
光変調部、即ち光変調層は、ＧｄＦｅ層３で構成されている。また、ＧｄＦｅ層３上には、キャップ層としてのＲｕ層４が形成されている。このＲｕ層４が、上述の第１保護層６１を構成する。上述の第２保護層６２も、第１保護層６１と同様の材料を用いることができ、例えばＲｕ層とすることができる。これら第１保護層６１及び第２保護層６２は、下層の光変調層３０や保磁力制御層６０の酸化を防止して保護する機能を有し、上述のキャップ層と同様の材料を用いることができる。なお、Ｒｕ層の代わりに、Ｔａ層、Ｗ層、Ｓｉ３Ｎ４層を用いてもよい。
なお、第１強磁性交換結合部１の左右両側、及び第２強磁性交換結合部２の左右両側は、絶縁部材としてのＳｉＯ２層４２が隣接して配置されている。
【００６６】
本実施形態の保磁力制御層６０は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、これらの合金、又はこれらの化合物で構成される（強）磁性材料からなることが好ましい。これら（強）磁性材料からなる保磁力制御層６０は、一般的に薄膜で面内磁気異方性を有するとともに、飽和磁化が大きい特性を有する。そのため、この保磁力制御層６０は、第２強磁性層（光変調層３０、例えばＧｄＦｅ層３）と強磁性交換結合し、第２強磁性層の保磁力を低下させる。即ち、これら（強）磁性材料からなる保磁力制御層６０は、磁気光学的な影響の無い非常に薄い膜厚において、第２強磁性交換結合部２の保磁力Ｈｃ２を低下させることができる。これにより、Ｈｃ１＞Ｈｃ２＞Ｈｃ＿ｍという保磁力差が実現可能である。
【００６７】
保磁力制御層６０は、その下方に位置する第１強磁性層（例えば第２磁化固定層２１）や第２強磁性層（光変調層３０）の保磁力や飽和磁化の大きさに応じて、その構成材料や膜厚が適宜調整されることで、所望の保磁力差を容易に実現可能となっている。保磁力制御層６０の膜厚としては、磁壁移動型空間光変調素子１０の表面平滑性の観点から、第１保護層６１としてのＲｕ層４の膜厚よりも小さい膜厚である必要があり、具体的には３ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、２ｎｍ以下である。
【００６８】
また、本実施形態の保磁力制御層６０としては、例えば、光変調層３０に対して十分に保磁力とカー回転角が小さく、保磁力が第１強磁性交換結合部１の保磁力Ｈｃ１よりも小さい垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いることもできる。具体的には、本実施形態の保磁力制御層６０は、希土類と遷移金属の合金であるＲＥ−ＴＭ合金、又は強磁性金属膜と非磁性金属膜が交互に積層された人工格子多層膜からなることが好ましい。これにより、第２強磁性層（光変調層３０、例えばＧｄＦｅ層３）と強磁性交換結合して第２強磁性層の保磁力を低下又は増加させることができる。これにより、第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２との間の保磁力差が実現可能である。
【００６９】
ここで、ＲＥ−ＴＭ合金としては、ＳｍＣｏ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ、又はＧｄＦｅＣｏを用いることができる。また、人工格子多層膜としては、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、又はＣｏ／Ｎｉ多層膜を用いることができる。これらは、例えば光変調層３０がＧｄＦｅ層で構成される場合、室温で製膜可能であるため好ましい。なお、第２強磁性層（光変調層３０）の保磁力を低下させるか増加させるかは、磁化固定層（第１磁化固定層２１）の材料に応じて決定される。
【００７０】
また、本実施形態の保磁力制御層６０としては、Ｇｄ層、又はＴｂ層からなるものを用いることもできる。特に、光変調層３０が、ＧｄＦｅ、ＧｄＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＣｏ等の希土類と遷移金属の合金（ＲＥ−ＴＭ合金）で構成される場合には、適正な保磁力を得るために０．１〜０．５ｎｍのＧｄ層又はＴｂ層等の希土類のバッファ層を光変調層３０上に形成することで、第２強磁性層（光変調層３０）の垂直保磁力を若干増加させることができる。この場合、保磁力制御層６０により、Ｈｃ１＜Ｈｃ２の保磁力差を設計可能である。
【００７１】
なお、本実施形態の保磁力制御層６０を構成する上述の材料としては、製膜によって光変調層３０の極端な性能劣化を招かないものであれば、金属でも酸化物でも使用可能である。
また、光変調層３０と第２保護層６２の間に、第１，第２磁化固定層１１，２１と光変調層３０の間と同様の非磁性金属層及びバッファ層（上述のキャップ層を構成）を挿入配置してもよい。これにより、光変調層３０がエッチングにより極端な特性劣化を招く材料であっても、保磁力制御層６０を適用できる。
【００７２】
次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の製造方法の一例について、図６Ａ〜図６Ｋを参照して詳しく説明する。
ここで、図６Ａ〜図６Ｋは、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の製造方法を示す図である。
【００７３】
本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の製造方法は、第１強磁性層形成工程と、非磁性金属層形成工程と、バッファ層形成工程と、キャップ層形成工程と、処理工程と、除去工程と、第２強磁性層形成工程と、保磁力制御層形成工程と、を有する。
以下、これらの各工程について説明する。
【００７４】
先ず、図６Ａに示すように、Ｓｉバックプレーン４１上に形成された絶縁部材のＳｉＯ２層４２に対して、従来公知の電子線リソグラフィ等を用いて、第１磁化固定層及び第２磁化固定層の各形状に対応したレジストパターニングを実施する。即ち、第１磁化固定層及び第２磁化固定層の各形状に対応したレジスト層４０を、ＳｉＯ２層４２上に形成する。そして、レジストパターニング後、高密度プラズマエッチングを実施する。この高密度プラズマエッチングは、イオンミリングより異方性エッチング特性が優れているため、本工程に特に好適に利用される。
【００７５】
すると、図６Ｂに示すように、レジスト層４０が形成されていない領域のＳｉＯ２層４２がエッチングにより除去される。このＳｉＯ２層４２が除去された領域が、第１磁化固定層及び第２磁化固定層の形状にそれぞれ対応する。
【００７６】
次いで、図６Ｃに示すように、第１強磁性層を構成する磁化固定層、非磁性金属層、バッファ層、及びバッファ層の酸化を抑制するキャップ層をこの順に形成する（第１強磁性層形成工程、非磁性金属層形成工程、バッファ層形成工程、及びキャップ層形成工程）。具体的には、Ｔａ層４４、Ａｇ層４５、Ｃｏ／Ｐｄ層１１，２１，５１、Ｔａ層１２，２２，５２、ＭｇＯ層１３，２３，５３、及びＳｉＯ２層１４，２４，５４を、この順に連続して製膜する。製膜は、全てイオンビームスパッタ装置により実施可能である。ナノメートルオーダーと開口サイズが小さく、それに対して深さが深い領域の中に材料を製膜する必要があるため、スパッタ粒子の直進性が高いイオンビームスパッタ法が特に好ましいからである。ただし、これに限定されず、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の従来公知の方法を利用できる。
【００７７】
次いで、図６Ｄに示すように、リフトオフを実施し、残存しているレジスト層４０を除去する（処理工程）。具体的には、素子を真空中から大気中に取り出した後、リフトオフを実施する。これにより、レジスト層４０上に形成されていた層の全てが除去される。レジスト層４０の除去には、従来公知のレジスト剥離剤を用いることができる。
【００７８】
そして、リフトオフ後、必要に応じて、アニール炉にて３５０℃の熱処理を実施する（処理工程）。この熱処理により、各磁化固定層を構成するＣｏ／Ｐｄ層１１，２１の保磁力が増大する。処理工程における熱処理温度は、例えば３００℃以上であることが好ましい。
【００７９】
次いで、図６Ｅに示すように、イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）を実施する（除去工程）。これにより、最表面のＳｉＯ２層１４，２４を全て除去するとともに、ＭｇＯ層１３，２３の一部を除去する。即ち、エッチングを、ＭｇＯ層１３，２３の途中まで実施する。このとき、ＭｇＯ層１３，２３は、エッチングレートが遅いうえ、ＭｇはＳＩＭＳ感度が高い特性を有するため、ＳＩＭＳ式エンドポイントモニターでの検出に最適である。これにより、エッチングをＭｇＯ層１３，２３の途中で確実に止めることができるようになっている。
【００８０】
イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）終了後、光変調層製膜装置まで素子を真空（例えば、１×１０−６［Ｐａ］）搬送する。そして、図６Ｆに示すように、光変調層製膜装置内で、光変調層としてのＧｄＦｅ層３を例えばイオンビームスパッタ装置により製膜する。加えて、ＧｄＦｅ層３上に、さらにキャップ層としてのＲｕ層４を例えばイオンビームスパッタ装置により製膜する。
【００８１】
次いで、図６Ｇに示すように、電子線リソグラフィ等にて光変調層のレジストパターニングを実施する。即ち、Ｒｕ層４上に所望のパターンに対応したレジスト層４０を形成する。そして、レジストパターニング後、イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）を実施する。
【００８２】
すると、図６Ｈに示すように、レジスト層４０が形成されていない領域のＧｄＦｅ層３及びＲｕ層４がエッチングにより除去される。これにより、光変調層を構成するＧｄＦｅ層３が所望のパターン形状に形成される（第２強磁性層形成工程）。
【００８３】
次いで、レジスト層４０を除去する前に、空隙を埋めるためのＳｉＯ２層４２を製膜する。具体的には、上述したようにレジスト層４０が形成されていない領域のＧｄＦｅ層３及びＲｕ層４を除去した後に真空中を搬送し、レジスト層４０が残存した状態で、直進性の高いイオンビームスパッタ等でＳｉＯ２層４２を製膜し、レジスト層４０ごと空隙以外のＳｉＯ２層４２を除去する。
【００８４】
次いで、図６Ｉに示すように、Ｒｕ層４上に第２磁化固定層２１の直上に対応する部分のみ除いたパターン（即ち、第２磁化固定層２１の直上以外の部分を被覆するパターン）を有するレジスト層４０を形成する。
【００８５】
次いで、図６Ｊに示すように、イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）を実施し、ＧｄＦｅ層３（光変調層３０）までエッチングする。
【００８６】
次いで、図６Ｋに示すように、保磁力制御層６０及び第２保護層６２をこの順に製膜する（保磁力制御層形成工程）。製膜は、イオンビームスパッタ装置により実施可能であり、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の従来公知の方法も利用できる。
最後に、残存しているレジスト層４０を、従来公知のレジスト剥離剤で除去する。以上により、図５に示す磁壁移動型空間光変調器１００が得られる。
【００８７】
以上説明した本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００によれば、第１強磁性層上に、非磁性金属層、バッファ層、及びバッファ層の酸化を抑制するキャップ層をこの順に形成し、この状態で、リフトオフ処理と必要に応じて熱処理を実施する。そして、キャップ層の全部及びバッファ層の一部を除去した後に、第２強磁性層を形成する。
【００８８】
ここで、本実施形態のように磁壁移動を利用した光変調素子を製造するためには、光変調層３０の製膜前に、一旦素子を大気中に取り出してリフトオフする必要がある。そのため、従来の微細加工プロセスでは、その工程上、２つの強磁性薄膜を真空中一貫で連続して製膜できず、強磁性交換結合させることができなかったところ、本実施形態の製造方法によれば、処理工程と製膜工程とを分けることができるため、第１強磁性層と第２強磁性層を強磁性交換結合させることができる。従って、本実施形態によれば、各種微細加工プロセスに適用可能である。
【００８９】
また、本実施形態によれば、バッファ層１３上にバッファ層１３以下の層の酸化を抑制するキャップ層を形成するため、素子を真空一貫装置から取り出した際に、別装置にて３００℃〜４００℃程度で熱処理することもできる。そして、熱処理後、イオンビームミリング等でキャップ層全てとバッファ層１３の途中までを除去し、もう一方の熱耐性の無いＧｄＦｅ、Ｇｄ等の第２強磁性層を製膜することで、強磁性交換結合させることができる。
【００９０】
また、本実施形態によれば、第２強磁性交換結合部２における第２強磁性層（光変調層３０、第２磁化固定層２１）の直上にのみ、保磁力制御層６０を形成するため、第２強磁性交換結合部２においてのみ、保磁力制御層６０と光変調層３０が強磁性結合する。その結果、第２強磁性交換結合部２における第２磁化固定層２１と強磁性結合している光変調層３０の保磁力が低下又は増加し、第１強磁性交換結合部１の保磁力２Ｈｃ１と第２強磁性交換結合部２の保磁力Ｈｃ２との間に保磁力差を設けることができる。
【００９１】
次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の模擬サンプル１を用いた評価結果について説明する。
ここで、図７Ａは、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の模擬サンプル１を示す断面図である。図７Ｂは、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の模擬サンプル１の磁気光学特性を示す図である。より詳しくは、図７Ｂは、極カー効果測定装置を用いたカー回転角測定結果を示している。なお、図７Ｂ中、横軸は外部磁界の強さ（ｋＯｅ）を表しており、縦軸は、カー回転角（°）、即ち強磁性材料の磁化方向により入射光の偏光面が回転するときの回転角度を表している。
【００９２】
図７Ａに示すように、模擬サンプル１は、第２強磁性交換結合部の層構造を想定した１０ｍｍ角のサンプルであり、比較として保磁力制御層が無い点だけが異なる従来品と対比させて示している。模擬サンプル１は、第２磁化固定層をＴｂＦｅＣｏとし、保磁力制御層をＣｏＦｅとしたものである。
【００９３】
図７Ｂの結果から、保磁力制御層を有することにより、保磁力制御層を有さない場合と比べて保磁力が低下しており、両者の保磁力に差があることが分かった。より詳しくは、第２磁化固定層ＴｂＦｅＣｏと強磁性交換結合した光変調層ＧｄＦｅは、保磁力制御層が無い場合には５ｋＯｅの保磁力を示すのに対し、保磁力制御層として厚さ０．５ｎｍのＣｏＦｅ層を挿入することで、保磁力が４．３ｋＯｅに減少することが分かった。これらは第１強磁性交換結合部の保磁力Ｈｃ１と第２強磁性交換結合部の保磁力Ｈｃ２と考えられるため、保磁力制御層の有無により、外部磁界により磁化反平行状態を制御するのに十分な保磁力差０．７ｋＯｅを設計でき、磁壁移動型の光変調器として機能し得ることが確認された。
【００９４】
図８Ａは、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の模擬サンプル２を示す断面図である。図８Ｂは、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の模擬サンプル２の磁気光学特性を示す図である。図８Ｃは、図８Ｂの部分拡大図である。図８Ｂは、上述の図７Ｂと同様に、極カー効果測定装置を用いたカー回転角測定結果を示している。
【００９５】
図８Ａに示すように模擬サンプル２は、模擬サンプル１と同様に、第２強磁性交換結合部の層構造を想定した１０ｍｍ角のサンプルであり、比較として保磁力制御層が無い点だけが異なる従来品と対比させて示している。模擬サンプル２は、保磁力制御層を厚さ０．５ｎｍのＧｄ層とした以外は模擬サンプル２と同様の層構造である。
【００９６】
図８Ｂ及び図８Ｃの結果から、保磁力制御層の有無により、両者の保磁力に差があることが分かった。より詳しくは、第２磁化固定層ＴｂＦｅＣｏと強磁性交換結合した光変調層ＧｄＦｅは、保磁力制御層が無い場合には５．００ｋＯｅの保磁力を示すのに対し、保磁力制御層として厚さ０．５ｎｍのＧｄ層を挿入することで、保磁力が５．１４ｋＯｅに増加することが分かった。これらは第１強磁性交換結合部の保磁力Ｈｃ１と第２強磁性交換結合部の保磁力Ｈｃ２と考えられるため、保磁力制御層の有無により、外部磁界により磁化反平行状態を制御するのに十分な保磁力差０．１４ｋＯｅを設計でき、磁壁移動型の光変調器として機能し得ることが確認された。なお、模擬サンプル１と比べて、保磁力制御層の有無による保磁力の大小関係が逆転しているが、特に磁壁移動型空間光変調器の動作に問題は無いと言える。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１  第１強磁性交換結合部
２  第２強磁性交換結合部
３  光変調部
９  パルス電流源
１０，２０  磁壁移動型空間光変調素子
１１  第１磁化固定層（第１強磁性層）
１２，２２  非磁性金属層
１３，２３  バッファ層
２１  第２磁化固定層（第１強磁性層）
３０  光変調層（第２強磁性層）
３１，３２  磁区
３１ａ，３２ａ  初期磁区
３３  磁壁
１００  磁壁移動型空間光変調器
３００  光変調領域
【図１】
2019066652.tif 000003
【図２】
2019066652.tif 000004
【図３】
2019066652.tif 000005
【図４】
2019066652.tif 000006
【図５】
2019066652.tif 000007
【図６Ａ】
2019066652.tif 000008
【図６Ｂ】
2019066652.tif 000009
【図６Ｃ】
2019066652.tif 000010
【図６Ｄ】
2019066652.tif 000011
【図６Ｅ】
2019066652.tif 000012
【図６Ｆ】
2019066652.tif 000013
【図６Ｇ】
2019066652.tif 000014
【図６Ｈ】
2019066652.tif 000015
【図６Ｉ】
2019066652.tif 000016
【図６Ｊ】
2019066652.tif 000017
【図６Ｋ】
2019066652.tif 000018
【図７Ａ】
2019066652.tif 000019
【図７Ｂ】
2019066652.tif 000020
【図８Ａ】
2019066652.tif 000021
【図８Ｂ】
2019066652.tif 000022
【図８Ｃ】
2019066652.tif 000023