(57)【要約】【課題】円偏光の極性の切り替えに外部磁場を用いずに、円偏光の極性（右廻り、左廻り）を切り替え、かつ、単一の点光源から円偏光を発光する。【解決手段】磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区を有する磁性金属電極が、発光構造を有する円偏光発光層の上部に形成した電流狭窄層の上面に配置されていて、上記磁性金属電極に電流を流すことにより上記磁壁が移動して、発光する光の偏光状態が変化することを特徴とする磁壁移動型スピン発光素子。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区を有する磁性金属電極が、発光構造を有する円偏光発光層の上部に形成した電流狭窄層の上面に配置されていて、上記磁性金属電極に電流を流すことにより上記磁壁を移動させ、発光する光の偏光方向を変化させることを特徴とする磁壁移動型スピン発光素子。
【請求項２】
前記磁性金属電極に流す電流の方向を切り替えて磁壁を移動させ、発光する光の偏光方向を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【請求項３】
前記磁性金属電極が強磁性電極であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【請求項４】
前記強磁性電極が面内磁化電極であることを特徴とする請求項３に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【請求項５】
前記強磁性電極が面直磁化電極であることを特徴とする請求項３に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【請求項６】
前記発光構造が端面発光型構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【請求項７】
前記発光構造が面発光型構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁壁を有する電極に電流を、方向を切り替えて流すことにより磁壁を移動させ、円偏光の偏光方向（極性）をＧＨｚ以上の高速で切り替えることができるスピン発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光の偏光や位相を扱う光学技術の発展は目覚しく、円偏光を直接発光する光源として、磁性体と半導体とを組み合わせた円偏光半導体レーザーが提案されている（特許文献１〜４、参照）。
【０００３】
特許文献１には、「活性領域を有するｐｎ接合またはｐｉｎ接合構造の半導体素子の上部又は下部又はその両方に磁性体電極を設け、該磁性体電極により活性領域にスピン偏極した電子又は正孔を注入するようにした光半導体素子」が開示されている。
【０００４】
上記素子を用いる光学装置では、磁性体電極上に、導体コイル（外部光学機器）を重ね合わせ、該導体コイルに電流パルスを流して磁性体電極の磁化の方向を切り替え、右廻り円偏光と左廻り円偏光を切り替えている。
【０００５】
特許文献２及び３には、同様に、「ヘテロ接合を形成する半導体層に、磁性体層を通してスピン偏極電子を注入して、スピン偏極キャリアを再結合させて円偏光を発信する光半導体装置」が開示されている。この光半導体装置においては、外部磁場（外部機器）による磁性体の磁化反転によって円偏光を変調する。
【０００６】
特許文献４には、非磁性半導体層からなる量子井戸構造と、該構造の障壁層に近接、又は、隣接して、バンドギャップの小さい磁性半導体層を備え、外部印加電圧により、円偏光度（右廻りと左廻り）を高速で変調して、円偏光を出力できるｐ−ｉ−ｎ型円偏光変調発光半導体素子が開示されている。
【０００７】
しかし、上記いずれの円偏光発光半導体素子も、円偏光度の変調制御に外部磁場の変調を利用しているので、変調の高速化には限界がある。そして、円偏光を発する機能を備えた従来の発光ダイオードは、ダイオード上に１つの磁性体電極しか備えておらず（通称：スピン発光ダイオード）、磁化の向きに対応して右（プラス）廻り又は左（マイナス）廻りのどちらかの円偏光しか得られない。
【０００８】
即ち、従来型のダイオード素子を用いて円偏光の切替えを行う場合、ダイオード素子に外部磁場を印加して、ダイオード素子の上に設けた単一の磁性体電極の磁化方向を反転させる操作が必要となる。このような操作を行うには、(1)外部磁場発生のための回路と電磁石が必要になり、(2)それに付随して電力が必要となる、及び、(3)切替え速度が電磁石のインピーダンスで決まるので高速化が難しいという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明者らは、多様な偏光状態を創出し、それに基づいて応用を開拓するという発想のもとで、円偏光の簡便な切替えとともに、切替えの高速化を課題とし、特許文献５で、上記課題を解決するスピン発光ダイオード及びレーザー（スピン発光素子）を提案した。
【００１０】
上記スピン発光素子は、磁化の向きが互いに反平行な一対の磁性金属電極をスピン発光ダイオード（ＬＥＤ）に取り付け、一対の磁性金属電極に交互に電流を流し、円偏光の偏光方向（極性）を高速（ＧＨｚ級以上）で切り替えることができるので、スピン発光素子として有用なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第２７０８０８５号公報
【特許文献２】特表平０９−５０１２６６号公報
【特許文献３】米国特許第５８７４７４９号明細書
【特許文献４】特許第４８２０９８０号公報
【特許文献５】特願２０１２−２７６２７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献５のスピン発光素子においては、外部磁場を用いずに、円偏光の極性（右廻り、左廻り）を切り替えることができるとともに、同時に電流を流して、右廻りの偏光と左廻りの偏光を重畳させて、直線偏光又は楕円偏光を得ることができる。
【００１３】
しかし、二つの電極を、発光面から見て横方向に間隔を置いて配置する必要があるので、発光源は同じにならない。即ち、特許文献５のスピン発光素子においては、単一の点光源から円偏光が発光しない。発光源を同じにするためには、円偏光発光層内に電流狭窄層を形成する等、層構造に工夫が必要である。
【００１４】
単一の発光源から、右廻り円偏光（σ+）と左廻り円偏光（σ-）を発光すれば、発光素子の用途は大きく拡大する。
【００１５】
そこで、本発明は、円偏光の極性の切り替えに外部磁場を用いずに、円偏光の極性（右廻り、左廻り）を切り替え、かつ、単一の点光源から円偏光を発光することを課題とし、該課題を解決するスピン発光素子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】
【００１６】
強磁性体において、磁壁を挟んで反対方向に磁化した２つの磁区に、一方向から電流を流すと、磁壁が移動する（A. Yamaguchi,et al, Phys.Rev.Lett.92, 077207(2006)）。本発明者らは、上記磁壁移動の現象を利用すれば、外部磁場を用いずに、円偏光の極性（右廻り、左廻り）を切り替えることできるのではないかと発想し、この発想のもとで、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。
【００１７】
その結果、磁壁を挟んで反平行に磁化した磁区構造を有する単一電極に電流を流して磁壁を移動させると、同一箇所からスピン発光素子に偏極電子を注入することができ、単一の点光源から円偏光を発光させることができること、及び、円偏光を切り替え、また、変調できることを見いだした。
【００１８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１９】
（１）磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区を有する磁性金属電極が、発光構造を有する円偏光発光層の上部に形成した電流狭窄層の上面に配置されていて、上記磁性金属電極に電流を流すことにより上記磁壁が移動して、発光する光の偏光状態が変化することを特徴とする磁壁移動型スピン発光素子。
【００２０】
（２）前記磁性金属電極に流す電流の方向を切り替えて磁壁を移動させ、発光する光の偏光方向を切り替えることを特徴とする前記（１）に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【００２１】
（３）前記磁性金属電極が強磁性電極であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【００２２】
（４）前記強磁性電極が面内磁化電極であることを特徴とする前記（３）に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【００２３】
（５）前記強磁性電極が面直磁化電極であることを特徴とする前記（３）に記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【００２４】
（６）前記発光構造が端面発光型構造であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【００２５】
（７）前記発光構造が面発光型構造であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の磁壁移動型スピン発光素子。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、外部磁場又は外部光学素子を用いることなく、円偏光を単一の点光源から発光させることができ、かつ、円偏光の極性を高速（周波数：ＧＨz級）で切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区構造を有する磁性金属電極に電流を流した場合における磁壁の移動を模式的に示す図である。（ａ）は、電流を流す直前の磁区構造を示し、（ｂ）は、電流を流した後の磁区構造を示す。
【図２】磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区構造を有する磁性金属電極を備える磁壁移動型スピン発光素子の構造を模式的に示す図である。
【図３】磁壁の移動に伴う円偏光の極性の変化を模式的に示す図である。（ａ）は、右廻り（σ+）の円偏光が発光する態様を示し、（ｂ）は、左廻り（σ-）の円偏光が発光する態様を示す。
【図４】磁壁移動に必要な電流を磁性金属電極に供給する回路、及び、円偏光発光電流を円偏光発光層に供給する回路を示す図である。（ａ）は、全体的な回路の一例を示し、（ｂ）は、等価回路を示す。
【図５】磁性金属電極の寸法例を示す図である。
【図６】磁性金属電極の磁壁移動に伴う円偏光の極性の切替わり態様示す図である。（ａ）は、右廻り円偏光（σ+）を発光させる態様を示し、（ｂ）は、右廻り円偏光（σ+）を切り替えて、左廻り円偏光（σ-）を発光させる態様を示し、（ｃ）は、左廻り円偏光（σ-）を発光させつつ、磁壁を移動させる態様を示し、（ｄ）は、磁壁を移動させて、図６（ａ）と同様に、右廻り円偏光（σ+）を発光させる態様を示す。
【図７】磁性金属電極を備える端面発光型の磁壁移動型スピン発光素子の具体例を示す図である。
【図８】磁壁移動型スピン発光素子の出力光の円偏光度を検出する機器配列を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の磁壁移動型スピン発光素子（以下「本発明素子」ということがある。）は、磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区を有する磁性金属電極が、発光構造を有する円偏光発光層の上部に形成した電流狭窄層の上面に配置されていることを特徴とする。
【００２９】
なお、本発明素子は、発光ダイオード、レーザー、その他、発光機能を有するデバイス等を含むものである。
【００３０】
以下、本発明素子について図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１に、磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区構造を有する磁性金属電極に電流を流した場合における磁壁の移動を模式的に示す。図１（ａ）に、電流を流す直前の磁区構造を示し、図１（ｂ）に、電流を流した後の磁区構造を示す。
【００３２】
磁壁４を挟んで、磁化方向２ａの磁区２Ａと磁化方向２ｂの磁区２Ｂが存在する磁区構造を有する磁性金属電極１に、右方向の電流５を流すと（図１（ａ）、参照）、磁壁４が、同じく右方向に移動し、磁壁４’の位置まで移動する（図１（ｂ）、参照）。
【００３３】
本発明素子においては、この磁壁の移動を利用して、発光構造を有する円偏光発光層に供給する電流を切り替えて、円偏光の極性を切り替える。
【００３４】
磁性金属電極は、強磁性電極が好ましく、強磁性電極には、面内磁化電極と面直磁化電極があり、磁壁移動に必要な電流の閾値が異なる。この点については後述する。
【００３５】
図２に、磁化の向きが磁壁を挟んで反平行な磁区構造を有する磁性金属電極（図１、参照）を有する磁壁移動型スピン発光素子の構造を模式的に示す。
【００３６】
基板６上に、電子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）で、円偏光発光層７が形成され、その上に、電流狭窄層３が形成されている。電流狭窄層３の上面には、磁化方向（２ａ、２ｂ）が反平行で、電流狭窄層の電流注入口の幅よりも幅広の磁区２Ａ（磁化方向２ａ）と磁区２Ｂ（磁化方向２ｂ）が磁壁４を挟む構造の磁性金属電極１が配置されている。
【００３７】
磁区２Ａと磁区２Ｂには、磁性金属電極１に、磁壁移動のために必要な電流を供給する電極８ａ及び電極８ｂがそれぞれ連結されている。また、基板６には、電極８ｃが連結されていて、電極８ａ又は電極８ｂから、電流狭窄層３の電流注入口を経て円偏光発光層７に、円偏光発光のために必要な電流が供給される。
【００３８】
なお、図２に示す磁壁移動型スピン発光素子の構造においては、電極８ａから、電流狭窄層３の電流注入口を経て円偏光発光層７に、円偏光発光のために必要な電流が供給される。
【００３９】
図３に、磁壁の移動に伴う円偏光の極性の変化を模式的に示す。図３（ａ）に、右廻り（σ+）の円偏光が発光する態様を示し、図３（ｂ）に、左廻り（σ-）の円偏光が発光する態様を示す。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、電流５ａを磁性金属電極１（磁化方向２ａの磁区２Ａ、磁壁４、及び、磁化方向２ｂの磁区２Ｂ）に供給して、磁壁４を右方向に移動させる。円偏光発光電流９を、磁化方向２ａの磁区２Ａから電流狭窄層３の電流注入口を経て円偏光発光層７に供給すると、発光源１０から右廻り円偏光（σ+）１１ａが発光する。
【００４１】
図３（ｂ）に示すように、電流５ａと逆方向に電流５ｂを磁性金属電極１（磁化方向２ａの磁区２Ａ、磁壁４、及び、磁化方向２ｂの磁区２Ｂ）に供給して、磁壁４を左方向に移動させる。円偏光発光電流９を、磁化方向２ｂの磁区２Ｂから電流狭窄層３の電流注入口を経て円偏光発光層７に供給すると、発光源１０から左廻り円偏光（σ-）１１ｂが発光する。
【００４２】
即ち、本発明素子においては、同じ発光源から、右廻り円偏光（σ+）と左廻り円偏光（σ-）が発光する。
【００４３】
図４に、磁壁移動に必要な電流を磁性金属電極に供給する回路、及び、円偏光発光電流を円偏光発光層に供給する回路を示す。図４（ａ）に、全体的な回路の一例を示し、図４（ｂ）に、等価回路を示す。
【００４４】
磁壁移動に必要な電流を磁性金属電極に供給する回路（磁壁移動用回路）、及び、円偏光発光電流を円偏光発光層に供給する回路（円偏光発光用回路）は、それぞれ独立して構成してよいが、図４（ａ）に示すように一体化して構成してもよい。
【００４５】
磁壁移動用回路と円偏光発光用回路を一体化する場合、円偏光発光用回路に負荷抵抗（図４（ａ）中、Ｒex、参照）が必要である。図４（ｂ）に、図４（ａ）に示す回路と等価の等価回路を示すが、この等価回路において、ＲDWPは磁壁が移動する際の抵抗、ＲLEDは円偏光発光層７の抵抗、Ｒexは外部抵抗（負荷抵抗）である。
【００４６】
例えば、図５に示す寸法例の磁性金属電極を想定する。磁性金属電極の幅が１６０ｎｍ、磁性金属電極の厚さが６ｎｍ、磁性金属電極の幅が１００μｍ、電流狭窄層の電流注入口の幅が１μｍである。
【００４７】
上記寸法の磁性金属電極を想定した場合、磁壁移動に必要な電流は９６０μＡとなる。また、ＲＤＷＰは６．２５ｋΩとなる。電流は電流狭窄層の電流注入口を流れるとして、該注入口の断面積に基づいて計算すると、ＲＬＥＤは６２．５ｋΩとなる。円偏光発光層が発光するためには、６４μＡの電流を流す必要がある（図４（ｂ）、参照）。
【００４８】
即ち、ＲＤＷＰ＝６．２５ｋΩ、ＲＬＥＤ＝６．２５ｋΩであり、それぞれに必要な電流は、９６０μＡと６４μＡである（図４（ｂ）、参照）。電源電圧は、磁壁移動層側から計算すると、６Ｖとなるので、Ｒexは３１ｋΩとなる。
【００４９】
ここで、図６に、磁性金属電極の磁壁移動に伴う円偏光の極性の切替り態様を示す。図６（ａ）に、右廻り円偏光（σ+）を発光させる態様を示し、図６（ｂ）に、右廻り円偏光（σ+）を切り替えて、左廻り円偏光（σ-）を発光させる態様を示し、図６（ｃ）に、左廻り円偏光（σ-）を発光させつつ、磁壁を移動させる態様を示し、図６（ｄ）に、磁壁を移動させて、図６（ａ）と同様に、右廻り円偏光（σ+）を発光させる態様を示す。
【００５０】
図６（ａ）に示す発光態様においては、電極８ａを電源に接続し、電極８ｂをどこにも接続していないので、電流が、磁区２Ａを経て発光源１０に供給されて、発光源１０から右廻り円偏光（σ+）が発光する。
【００５１】
図６（ｂ）に示す発光態様においては、電極８ｂを電源に接続し、電極８ａをどこにも接続していないので、電流が、磁区２Ｂを経て発光源１０に供給されて、発光源１０から左廻り円偏光（σ+）が発光する。
【００５２】
図６（ｃ）に示す発光態様においては、電極８ｂを電源に接続し、電極８ａを接地しているので、電流が、磁区２Ｂを経て発光源１０に供給されて、発光源１０から左廻り円偏光（σ+）が発光し続けるとともに、磁区２Ｂから磁区２Ａに電流が流れて磁壁４が磁壁４’まで移動する。
【００５３】
図６（ｄ）に示す発光態様においては、図６（ｃ）に示す発光態様の後、電極８ａを電源に接続し、電極８ｂを接地しているので、電流が、磁区２Ａを経て発光源１０に供給されて、発光源１０から右廻り円偏光（σ+）が発光し続けるとともに、磁区２Ａから磁区２Ｂに電流が流れて磁壁４’が磁壁４まで移動する。
【００５４】
そして、図６に示す発光態様において、発光源は同じである。このように、本発明素子において、磁性金属電極の磁壁を移動させることにより、同じ発光源から、右廻り円偏光（σ+）と左廻り円偏光（σ-）を発光することができる。
【００５５】
図７に、磁壁移動型スピン発光素子の具体例を示す。ｐ−ＧａＡｓ（００１）の基板の上に、所要のＡｌＧａＡｓ層をＭＢＥ法で積層し、最上層のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓの上に、例えば、厚さ１ｎｍ程度のトンネル絶縁層（ＡｌＯx）を形成し、その上面に、例えば、幅１μｍの電流注入口を有する、例えば、厚さ１ｎｍ程度の電流狭窄層（ＡｌＯx）を形成する。
【００５６】
トンネル絶縁層（ＡｌＯx）及び電流狭窄層（ＡｌＯx）の上に、例えば、幅１００μｍの磁性金属電極（図中、ＦＭ layer）を形成する。そして、この磁性電金属極の両端に、例えば、間隔８０μｍを置いて、磁性金属電極に電流を流す電極（図７中、「Ｅ」、参照）を接続する。
【００５７】
磁性金属電極は、磁化される金属電極であればよいが、磁化が容易な強磁性電極が好ましい。強磁性電極には、前述したように、面内磁化電極と面直磁化電極があり、磁壁移動に必要な電流の閾値が異なる。面内磁化電極（ＮｉＦｅ等）の場合、磁壁が８０ｎｍと厚く、また、磁壁移動に必要な電流密度の閾値は５〜１０×１０12Ａ／ｍ2と大きい。
【００５８】
面直磁化電極（Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＣｏＰｔ混晶、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜等）の場合、磁壁が１０ｎｍ程度と薄く、かつ、磁壁移動に必要な電流密度の閾値は０．５〜１×１０12Ａ／ｍ2と低く、面内磁化膜の閾値の１／１０程度である（S. Fukami et al. JAP 103, 07E718（2008）、参照）。
【００５９】
このように、本発明素子は、右廻り円偏光（σ+）と左廻り円偏光（σ-）を同じ発光源から発光させることができるので、新規な発光素子として機能し得るものである。
【００６０】
また、本発明素子の発光構造は、端面発光型構造に限定されない。本発明素子の発光構造は、面発光型構造でも可能である。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００６２】
（実施例１）
Ａ．円偏光発光層の形成（図７、参照）
電子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用い、Ｚｎドープｐ型ＧａＡｓ基板上に、下記の手順で円偏光発光層及び酸化アルミニウム層を成膜した。
【００６３】
1.基板温度５１０℃で、バッファ層として厚さ５００ｎｍのＢｅドープｐ−ＧａＡｓ（１×１０18／ｃｍ3）を成膜。
2.基板温度５１０℃で、厚さ５００ｎｍのＢｅドープｐ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓ（１×１０18／ｃｍ3）を成膜（クラッド層）。
3.基板温度５１０℃で、厚さ１５ｎｍのノンドープＡｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓを成膜（ドーパントの拡散防止層）。
【００６４】
4.基板温度５１０℃で、厚さ５００ｎｍのノンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ａｓ層を成膜（発光層）。
5.基板温度５１０℃で、厚さ１５ｎｍのノンドープＡｌ0.10Ｇａ0.90Ａｓを成膜（ドーパントの拡散防止層）。
6.基板温度５１０℃で、厚さ３００ｎｍのｎ−Ａｌ0.10Ｇａ0.90Ａｓ（１×１０17／ｃｍ3）を成膜（クラッド層）。
【００６５】
7.基板温度４０℃以下の室温で厚さ５．５ÅのＡｌ層を成膜。
8.基板温度４０℃以下の室温で１０時間以上大気暴露し酸化してＡｌＯx層を成膜（トンネル絶縁層）。
9.基板温度４０℃以下の室温で厚さ２．３ÅのＡｌ層を成膜。
10.基板温度４０℃以下の室温で１０時間以上大気暴露し酸化してＡｌＯx層を成膜（トンネル絶縁層）。
【００６６】
Ｂ．磁性金属電極の作製（図７、参照）
ＭＢＥ法で作製した円偏光発光層の上に、下記の手順で、電流狭窄（ＡｌＯx）層及び多結晶鉄（Ｆｅ）層を別の電子線蒸着装置の真空チャンバー内で蒸着する。
【００６７】
1.フォトリソグラフィー法により幅１μｍ、間隔１００μｍのストライプ型のレジストパターンを形成。
2.円偏光発光層を真空チャンバー内に導入し、酸素中でＡｌを蒸着して、厚さ１ｎｍ程度のＡｌＯx層を成膜（電流狭窄層）。
3.チャンバーから取り出し、レジストを除去。
4.フォトリソグラフィー法により幅１６０ｎｍ、間隔１００μｍのストライプ型のレジストパターンをＢ-1のパターンとは垂直になる位置に形成。
【００６８】
5.上面に厚さ１００ｎｍのＣｏ−Ｎｉ多層膜を成膜（強磁性電極）。
6.厚さ２０ｎｍのＴｉ膜を成膜（Ｃｏ−Ｎｉ多層膜を保護する酸化保護膜）。
7.チャンバーから取り出し、フォトリソグラフィー法により幅２０μｍ、間隔８０μｍのストライプパターンを磁壁移動層の両端の位置にＢ−１のパターンと平行に形成。
8.厚さ５０ｎｍのＡｕを成膜（電極材料）。
9.チャンバーから取り出し、幅１００μｍ、奥行き１００μｍの素子に劈開。
【００６９】
Ｃ．磁化特性と反平行着磁プロセス
1.試料の面内方向に＋５ｋＯｅの磁場を印加し、双方の強磁性電極を一方向に磁化させる。
2.その後、−１８０Ｏｅまで磁場を減少させ、一方の磁化のみを反転させる。
3.その後、磁場を取り去る。
この操作の後は、強磁性電極は反平行に磁化が向いた状態が保持される。
【００７０】
Ｄ．トンネル絶縁膜ＡｌＯxの評価
金属／ＡｌＯx／ｎ−ＧａＡｓ構造の電流―電圧特性を調べた結果、電気伝導はＡｌＯx層のトンネル伝導が支配的であることが解った。また、ＡｌＯx層のバリアーの高さは２．８ｅＶであった。
【００７１】
Ｅ．円偏光度
磁化の熱的な揺らぎや熱による発光表面での化学反応を抑えるために上記素子を５Ｋまで冷却した。その後、超電導マグネットを用いて上記Ｂ．の磁場操作を施すことにより、磁区の磁化を反平行にした。
【００７２】
次に、スピン発光素子の円偏光度を測定した。図８に、磁壁移動型スピン発光素子の出力光の円偏光度を検出する機器配列を示す。
【００７３】
出力光を、光学遅延軸を水平面に対し０°になるように調整した光弾性変調器に通した後、水平面に対し偏向角４５°に設定した直線偏光子を通して直線偏光とし、光学チョッパーで周期的に分断して分光器に通し、光電子増倍管で検出した。
【００７４】
光電子増倍管から生じた光電流は、電流／電圧増幅器（増幅率４×１０6Ｖ／Ａ）により電圧信号に変換・増幅した後、二つのロックインアンプリファーに入力した。
【００７５】
光弾性変調器は、印加電圧を調整して、偏光角４５°の直線偏光が入射した時に、右廻り・左廻りの円偏光が５０ｋＨｚの周波数で交互に生じるように調整した。
【００７６】
一方のロックインアンプリファーＡでは光学チョッパーの周期２００Ｈｚを参照信号として同期することによってエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）強度ＩELが得られる。ＥＬ強度は右廻り円偏光強度（Ｉ+）と左廻り円偏光強度（Ｉ-）の和である。
ＩEL＝Ｉ+＋Ｉ-
【００７７】
もう一方のロックインアンプリファーＢでは光弾性変調器の周期５０ｋＨｚを参照信号として同期することによって右廻り円偏光と左廻り円偏光の強度差ΔＩが得られる。
ΔＩ＝Ｉ+−Ｉ-
【００７８】
円偏光度Ｐは、得られたＥＬ強度ＩEL円偏光強度差ΔＩを用いて、下記の式によって定義される。
Ｐ＝（Ｉ+−Ｉ-）／（Ｉ+＋Ｉ-）
【００７９】
Ｆ．円偏光の極性の切り替え実験の概要
単一の発光構造上に、磁壁を挟んで反平行に磁化した磁区を有する強磁性電極をもつ素子において、磁区への通電を切り替えて、円偏光の極性の切替えが可能である。２相の高速スイッチング装置と直流電流源および可変抵抗器を用いて図４に示すような回路を作製し、発光素子に接続する。スピン発光素子への印加電圧は６．０Ｖである。
【００８０】
切替え実験は、高速スイッチング装置を用いて図６にあるような上部電極両端と電源及びアースの電気的切り替えにより行われる。電流狭窄層間１μｍの場合、原理上２５ＭＨｚまでの円偏光極性の切り替えが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
前述したように、本発明によれば、外部磁場又は外部光学素子を用いることなく、円偏光を単一の点光源から発光させることができ、かつ、円偏光の極性を高速（周波数：ＧＨz級）で切り替えることができる。
【００８２】
したがって、本発明によれば、円偏光切替え機能を備えた微小光源（１０μｍ角程度）を実現でき、かつ、円偏光切替え機能を備えたストライプ構造型半導体レーザー又は垂直共振器面発光レーザーを実現できる。よって、本発明は、光学機器産業において利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００８３】
１    磁性金属電極
２Ａ、２Ｂ    磁区
２ａ、３ａ    磁化方向
３    電流狭窄層
４、４’    磁壁
５、５ａ、５ｂ    電流
６    基板
７    円偏光発光層
８ａ、８ｂ、８ｃ    電極
９    円偏光発光電流
１０    発光源
１１ａ    右廻り円偏光（σ+）
１１ｂ    左廻り円偏光（σ-）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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