JP2013213941A - 空間光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】画素において光変調素子が設けられていない有効領域外からの出射光による明暗の中間状態を排除して、コントラストを向上させた空間光変調器を提供する。
【解決手段】スピン注入磁化反転素子５を＋θk，−θkのいずれかの角度に旋光させる光変調素子として備える画素を基板７上に２次元配列された空間光変調器１０の画素アレイ５０は、隣り合う画素におけるスピン注入磁化反転素子５，５間に、磁化方向を固定された＋θkの角度に旋光させる素子間磁性層４を備える。素子間磁性層４は、スピン注入磁化反転素子５との間隔が入射光の回折限界よりも短くなるように設けられ、空間光変調器１０によれば、画素アレイ５０から出射する光のすべてが入射光に対して＋θk，−θkのいずれかで旋光した光であるため、明暗の中間状態に表示されることがなく、良好なコントラストで表示される。
【選択図】図２

Description

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に関する。

空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これをマトリクス状に２次元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、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下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。

磁気光学式空間光変調器においては、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。すなわち磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）は、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）に差を生じさせた２値の光に変調する。このような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磁界印加方式（例えば、特許文献１）や、光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式（例えば、特許文献２，３）がある。

例えば、特許文献１に記載された磁界印加方式の空間光変調器は、磁性ガーネット膜のような磁性材料からなる光変調素子を２次元配列して構成され、光変調素子に磁界を画素毎に印加するために、各画素の光変調素子の周縁に沿って一周する向きに電流が流れる配線を設けている。そして、この空間光変調器は、印加磁界により隣の画素の光変調素子が追随して磁化反転しないように、磁性膜（光変調素子）が画素毎に間隔を空けて分離されている。磁界印加方式の空間光変調器は、このような配線が設けられた構造とするために、数μｍ以下の微細な画素を形成することは困難であり、また、電流による合成磁界を利用するために、さらなる画素の微細化を行うと隣の画素へのクロストークが大きくなるという問題がある。

一方、スピン注入方式の空間光変調器は、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子や、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子等の、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されるスピン注入磁化反転素子が光変調素子に適用される。一般的に、図３に断面模式図で示すように、スピン注入磁化反転素子５は、非磁性層または絶縁層（中間層２）を挟んだ２つの磁性層からなる少なくとも３層の積層構造で、膜面に垂直に電流を供給することにより電子のスピンが注入されて、磁性層の１つ（磁化自由層１）の磁化方向が変化する。すなわち、この磁化自由層１が前記磁界印加方式の光変調素子に相当する。スピン注入磁化反転素子５は、上下に上部電極８２および下部電極８１を一対の電極として接続するので、磁界印加方式の光変調素子のように、これらの電極８１，８２を画素サイズに対して極度に細い配線として形成しなくてよい。また、スピン注入磁化反転素子５は、素子サイズ（面積）および厚さが小さいほど小さい電流で容易に磁化反転し、また光変調素子として２次元配列して空間光変調器を構成する場合に、下に接続する下部電極８１と上に接続する上部電極８２とを平面視で互いに直交するストライプ状に形成すればよいので、磁界印加方式よりも画素のいっそうの微細化を可能とする。

スピン注入磁化反転素子５を２次元配列して空間光変調器１００を構成する場合は、磁界印加方式の光変調素子と同様に、各々が独立して磁化反転するように、かつ電気的に短絡しないように、図７に断面図で示すように離間して配列される。したがって、空間光変調器１００の受光部である２次元配列された画素（画素アレイ１５０）は、その全面をスピン注入磁化反転素子５（磁化自由層１）が占めることはない。ここで、画素アレイ１５０のスピン注入磁化反転素子５，５間等を埋める絶縁層１０６は、スピン注入磁化反転素子５の磁性膜と同様に、スパッタリング法等で薄膜を精度のよい厚さに成膜することができる、ＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＭｇＯのような酸化物や窒化物等が適用され、これらは透光性の材料である。

図７に示すように、偏光の向きを変化させる空間光変調器１００から、選択画素からの出射光のみを取り出してスクリーン等の検出器ＰＤに投影する表示装置とするためには、空間光変調器１００の画素アレイ１５０の出射側に特定の１つの偏光成分の光を遮光する偏光子（偏光フィルタ）ＰＦｏを配置する。また、偏光子ＰＦｏで非選択画素からの出射光を完全に遮光するために、各画素からの出射光はそれぞれが１つの偏光成分の光（偏光の向き）でなくてはならないので、空間光変調器１００へ照射する光も、別の偏光子ＰＦｉを透過させた１つの偏光成分の光（図７中の入射光Ｌ₀）である。なお、図７は模式図であり、空間光変調器１００（画素アレイ１５０）について、破断線の左側にＸ方向に沿った断面図を、右側にＹ方向に沿った断面図をそれぞれ表し、また、偏光子ＰＦｏおよび検出器ＰＤと画素アレイ１５０との位置関係は、破断線を挟んで必ずしも整合するものではない。

空間光変調器１００からの出射光が、スピン注入磁化反転素子５（磁化自由層１）によって変調した２値の光（図７の出射光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃）のみであれば、偏光子ＰＦｏを透過して検出器ＰＤに投影される光は、選択画素からの出射光Ｌ₂，Ｌ₃に限定される。しかしながら、前記した通り、画素アレイ１５０におけるスピン注入磁化反転素子５の配置された領域（画素の有効領域と称する）は一部にすぎず、この領域外に入射した光は、上部電極８２または上部電極８２，８２間の絶縁層１０６を透過し、スピン注入磁化反転素子５，５間の絶縁層１０６を透過して下部電極８１の表面で反射して（図７の出射光Ｌne₁，Ｌne₃）、あるいはさらに下部電極８１，８１間の絶縁層１０６を透過して基板７の反射面（基板７の酸化膜７１と母材７２との界面）で反射して（図７の出射光Ｌne₂）、再びこれらの絶縁層１０６や上部電極８２を透過して画素アレイ１５０から出射する。このような出射光Ｌne₁，Ｌne₂，Ｌne₃は、入射光Ｌ₀に対して旋光していないので、２値の光以外の光すなわちノイズとなる。

偏光子は、特定の１つの偏光成分の光のみを遮光し、それ以外の光については、遮光される偏光成分に対して差（偏光の向きの角度差）が大きくなるにしたがい透過させる光の光量が多くなり、差が９０°の光について最も多く（１００％とする）透過させる。スピン注入磁化反転素子５による旋光角が±θkである場合、空間光変調器は入射光Ｌ₀を＋θk，−θkいずれかの角度に旋光させた２値の光に変調して出射するので、偏光子ＰＦｏで正規に取り出される出射光Ｌ₂，Ｌ₃は、偏光子ＰＦｏに入射した光の(ｓｉｎ２θk)×１００％の光量である。一方、旋光していない出射光Ｌne₁，Ｌne₂，Ｌne₃も、(ｓｉｎθk)×１００％の光量、すなわち出射光Ｌ₂，Ｌ₃の約半分の光量で偏光子ＰＦｏを透過して、スピン注入磁化反転素子５からの出射光と共に検出器ＰＤに到達する。

このように、空間光変調器（画素アレイ）においてスピン注入磁化反転素子５や磁界印加方式の光変調素子が配置された領域（画素の有効領域）以外の領域からも光が出射すると、選択画素と非選択画素とのコントラストが低下する。画素に占める有効領域は多いほど、理想的には全領域が有効領域であることが好ましいが、前記した通り、絶縁や画素毎の磁界印加のために、また配線の抵抗や加工精度等の確保の観点から、光変調素子同士はある程度間隔を設けて配列する必要がある。さらにスピン注入磁化反転素子を構成する磁性材料（磁化自由層）は、旋光角θkが比較的小さく光変調度が低いため、偏光子を介して所望の選択画素または非選択画素からの出射光を的確に取り出すことが困難になる。

そこで、近年、空間光変調器は、スピン注入磁化反転素子で光変調した光について、偏光子ＰＦｏを透過する絶対量を多くするため、極カー効果でより大きな旋光角θkが得られる垂直磁気異方性を有するスピン注入磁化反転素子を適用している（例えば特許文献３）。そして、空間光変調器は、２次元配列された光変調素子を備える画素アレイ上において、画素有効領域以外の領域には塗膜等で光を吸収する光吸収膜を設けて、入出射光を遮光することが一般的である。

特許第４５９６４６８号公報 特許第４８２９８５０号公報 特開２００９−１３９６０７号公報

空間光変調器は、光変調素子の光変調度を高くしても、光変調素子のない領域から出射する非旋光（非変調）の光は存在するため、明暗の中間状態が表示されることに変わりがなく、コントラストの向上には限界がある。また、空間光変調器は、画素アレイ上に塗膜等を設けると、画素アレイ上に光変調素子の各々の配置および形状に合わせて孔を形成するために、光変調素子と同様に微細な加工を行う工程がさらに必要となる。

本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、画素に微細な光変調素子を備え、画素有効領域外からの出射光を抑制してコントラストを向上させた空間光変調器を提供することが課題である。

前記課題を解決するために、本発明者らは、光変調素子の配置されていない領域から出射した光も変調させることに想到した。すなわち、本発明に係る空間光変調器は、磁化方向を変化させることができる磁性材料を有する複数の光変調素子を２次元配列して備え、前記光変調素子に入射した光の偏光方向を異なる２方向のいずれかに変化させて出射するものである。そして、空間光変調器は、入射した光の偏光方向を特定の一方向に変化させて出射する素子間磁性膜を、隣り合う前記光変調素子同士の間に備える構成とした。さらに本発明に係る空間光変調器において、前記素子間磁性膜は、前記特定の一方向に偏光方向を変化させる角度が、前記光変調素子が変化させる前記２方向の偏光方向の一方の角度に対して、差が２０％以内であることが好ましい。

かかる構成により、空間光変調器の光変調素子の配置されていない領域に入射した光は、素子間磁性膜により旋光して出射するので、光変調素子により変調した２種類の光の中間の偏光の向きでなく、明暗の中間状態とならず、出射光のコントラストが向上する。さらに、素子間磁性膜による旋光角を、光変調素子による旋光角の一方に近付けることで、素子間磁性膜により旋光して出射した光は、光変調素子により変調した２種類の光の一方の偏光の向きに近いものとなるので、出射光のコントラストがいっそう良好となる。

さらに本発明に係る空間光変調器において、前記素子間磁性膜は、前記光変調素子の磁化方向が変化する前記磁性材料よりも保磁力が大きいことが好ましい。かかる構成により、空間光変調器は、光変調素子の磁化反転動作等にかかわらず、素子間磁性膜の磁化が一方向に固定されているため、素子間磁性膜から出射した光の偏光の向きが一定であり、コントラストが安定する。

本発明に係る空間光変調器は、前記光変調素子がスピン注入磁化反転素子であるとき、前記光変調素子に接続した一対の電極と、隣り合う前記光変調素子同士を絶縁する絶縁層と、をさらに備える構成とした。さらに、このような空間光変調器は、前記光変調素子および前記素子間磁性膜が、前記絶縁層により隔てられた距離が前記入射した光の回折限界よりも短いことが好ましい。

かかる構成により、光変調素子に、直接に電極を接続するスピン注入磁化反転素子を適用しても、当該スピン注入磁化反転素子間に磁性膜を設けることができる。そして、絶縁層により隔てられた距離を入射光の回折限界よりも短くすることで、出射光に旋光していない光が現れないのでコントラストが向上する。

本発明に係る空間光変調器によれば、公知の光変調素子を適用して、容易にコントラストに優れた空間光変調器とすることができる。

本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の構成を説明する平面図である。 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模式図であり、図１のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面における部分断面図に相当する。 本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の光変調素子に適用されるスピン注入磁化反転素子の断面図で、磁化反転動作および光変調動作を説明する模式図である。 本発明の第２実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の模式図であり、図１のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面における部分断面図に相当する。 本発明の第３実施形態に係る空間光変調器の構成を説明する底面図である。 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模式図であり、図５のＣ−Ｃ断面における部分断面図に相当する。 スピン注入磁化反転素子を光変調素子に適用した従来の空間光変調器を用いた表示装置の模式図であり、平面視Ｘ方向とＹ方向とにおける部分断面図である。

本発明に係る空間光変調器は、画素（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。）として、入射した光を異なる２値の光（偏光成分）に変調して出射する光変調素子を備える。以下、本発明に係る空間光変調器を実現するための形態について図を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器１０は、基板７と、スピン注入磁化反転素子５を光変調素子として備える画素を基板７上に２次元配列した画素アレイ５０を備え、また、画素アレイ５０から１つ以上の画素を選択してそのスピン注入磁化反転素子５を駆動する電流制御部９０を備える。本実施形態における平面（上面）は空間光変調器１０の光の入射面であり、空間光変調器１０は画素アレイ５０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。

本実施形態では、画素アレイ５０は、説明を簡潔にするために、４行×４列の１６個の画素からなる構成で例示される。これは、後記の第２、第３実施形態も同様とする。画素アレイ５０は、平面視において、Ｙ方向（図１における縦方向）に延設された４本の下部電極８１と、下部電極８１と直交するＸ方向（図１における横方向）に延設された４本の上部電極８２と、を備え、下部電極８１と上部電極８２との交点毎に１つの画素が形成される。なお、下部電極８１および上部電極８２は、適宜、両者をまとめて電極８１，８２と称する。そして、画素アレイ５０は、画素毎に、一対の電極としての下部電極８１および上部電極８２と、これらの電極８１，８２に上下から挟まれたスピン注入磁化反転素子５を備える。さらに、画素アレイ５０は、隣接する画素同士のスピン注入磁化反転素子５，５間の隙間に、前記スピン注入磁化反転素子５，５と間隔を空けて素子間磁性層（素子間磁性膜）４を備える。そして、画素アレイ５０は、スピン注入磁化反転素子５と素子間磁性層４との間、下部電極８１，８１間および上部電極８２，８２間が、それぞれ絶縁層６でそれぞれ埋められている。なお、図１において、電極８１，８２は画素アレイ５０の右上部分で切り欠いて示し、この右上部分に素子間磁性層４を示す。

次に、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素を構成する各要素の詳細を、図１〜３を参照して説明する。なお、図２は、図１に示す空間光変調器（画素アレイ）について、破断線の左側にＡ−Ａ断面図を、右側にＢ−Ｂ断面図をそれぞれ表す。

（スピン注入磁化反転素子）
スピン注入磁化反転素子５は、空間光変調器１０の光変調素子であり、入射した光の偏光の向きを＋θk，−θkの２値のいずれかに回転させて出射する。スピン注入磁化反転素子５は、図２および図３に示すように、上部電極８２と下部電極８１とに上下で接続させて設けられ、磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１、保護膜５４（図３では図示省略）の順に積層された構成である。スピン注入磁化反転素子５は、磁化が一方向に固定された磁化固定層３および磁化の方向が回転可能な磁化自由層１を、非磁性または絶縁体である中間層２を挟んで備えたＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant Magneto-Resistance：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）素子等の公知のスピン注入磁化反転素子である。スピン注入磁化反転素子５はさらに、下部電極８１との密着性を得るために下地膜（図示省略）や、酸化防止等のために保護膜５４を、必要に応じて備える。これらの各層３，２，１，５４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。

スピン注入磁化反転素子５は、上下に接続された上部電極８２、下部電極８１を一対の電極として膜面垂直方向に電流を供給されることにより、磁化自由層１の磁化方向が変化（スピン注入磁化反転）する。詳しくは図３（ａ）に示すように、磁化固定層３の側から電子を注入されたときは磁化自由層１が磁化固定層３と同じ磁化方向に、すなわち磁化が平行（Ｐ：Parallel）になる。反対に図３（ｂ）に示すように、磁化自由層１の側から電子を注入されたときは磁化自由層１が磁化固定層３と反対の磁化方向に、すなわち磁化が反平行（ＡＰ：Anti-Parallel）になる。このように、スピン注入磁化反転素子５は、好適にスピン注入磁化反転（磁化反転）するように、平面視で各辺が１００〜５００ｎｍ程度の矩形またはそれに相当する面積となる形状が好ましく、かつ、一辺の長さを少なくとも空間光変調器に入射する光の回折限界（波長の１／２程度）以上とする。本実施形態においては、図１に示すように、スピン注入磁化反転素子５は平面視正方形である。

磁化自由層１は磁性体であり、電流供給によるスピン注入で磁化を容易に反転（１８０°回転）させることができ、磁化を固定された磁化固定層３と同じ磁化方向（磁化が平行）または反対の磁化方向（磁化が反平行）を示す。この磁化自由層１の磁化方向に応じて、スピン注入磁化反転素子５は、入射した光を＋θkまたは−θkに旋光させて出射する。磁化自由層１はＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子に用いられる公知の磁性材料にて構成することができ、極カー効果で旋光角θkが大きくなる垂直磁気異方性材料を適用することが好ましい。具体的には、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔのような貴金属とを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）、Ｌ１₀系の規則合金としたＦｅＰｔ, ＦｅＰｄ等が挙げられ、特に空間光変調器１０（画素アレイ５０）への入射光の波長において磁気光学効果の大きい材料を選択することがより好ましい。また、磁化自由層１は、容易に磁化反転するように、かつ、スピン注入磁化反転素子５が平行、反平行いずれかの磁化を示しているとき、その磁化を反転させる電流を供給されるまでは磁化方向が保持される、ある程度の保磁力を有するようにする。磁化自由層１は、このような適度な保磁力を有し、かつ十分な旋光角とするように、厚さが１〜２０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。

磁化固定層３は磁性体であり、画素アレイ５０のすべてのスピン注入磁化反転素子５において、磁化を同一方向に、ここでは図２に示すように上向きに固定されている。磁化固定層３は、磁化自由層１と同様に、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子に用いられる前記公知の磁性材料にて構成することができ、磁化自由層１と同じ垂直磁気異方性材料を適用することが好ましい。一方、磁化固定層３は磁化が固定されるように、磁化自由層１よりも保磁力が大きくなるように、磁性材料や厚さが選択され、具体的には厚さが１〜５０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。

中間層２は、磁化自由層１と磁化固定層３との間に設けられ、スピン注入磁化反転素子５がＴＭＲ素子であれば絶縁体、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば非磁性の導体で形成される。スピン注入磁化反転素子５をＴＭＲ素子構造とする場合、中間層２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０．１〜２ｎｍとすることが好ましい。また、スピン注入磁化反転素子５をＣＰＰ−ＧＭＲ素子構造とする場合、中間層２は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌのような非磁性金属からなり、その厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。特に中間層２は、Ａｇを適用して厚さ６ｎｍ以上とした場合、スピン注入磁化反転素子５に入射した光を高反射率で反射するため、出射する光の量が多くなってコントラストが向上するので好ましい。

保護膜５４は、スピン注入磁化反転素子５の加工時のダメージから磁化自由層１等を保護するために、また特に磁化自由層１が酸化し易いＲＥ−ＴＭ合金を含む場合、表面（上面）の酸化を防止するために必要に応じて設けられる。保護膜５４は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、またはＣｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層等の金属膜で形成され、前記の２層の金属膜とする場合は、いずれもＣｕを磁化自由層１の側（下層）とする。保護膜５４は、厚さが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効果がそれ以上には向上しない上、光の透過が妨げられるので好ましくない。したがって、保護膜５４の厚さは１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。

スピン注入磁化反転素子５（磁化固定層３）の下部電極８１への密着性を得るために、必要に応じて下地膜が設けられてもよい（図示省略）。このような下地膜は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ等の非磁性金属材料で形成される。下地膜の厚さは、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密着性が飽和するため、１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。また、下地膜に、さらにＡｇ，Ａｕ等からなる反射膜が積層されてもよい（図示省略）。スピン注入磁化反転素子５に入射した光を高反射率で反射するため、出射する光の量が多くなってコントラストが向上するので好ましい。このような反射膜は、十分な効果を得るために、厚さは６ｎｍ以上が好ましい。

（電極）
図１および図２に示すように、下部電極８１は、Ｙ方向に帯状に延設され、縦１列に配置された複数（４個）の画素のそれぞれのスピン注入磁化反転素子５の下面に接続するように基板７上に形成される。一方、上部電極８２は、Ｘ方向に帯状に延設され、横１行に配置された複数（４個）の画素のそれぞれのスピン注入磁化反転素子５の上面に接続するように形成される。したがって、スピン注入磁化反転素子５は、平面視で下部電極８１と上部電極８２の重なる部分に配され、画素毎に異なる組合せの電極８１，８２により電流を供給される。上部電極８２は、スピン注入磁化反転素子５への入射光および出射光を遮らないように、透明電極材料を備える。一方、下部電極８１は、導電性に優れた一般的な金属電極材料で形成され、上方（上部電極８２側）から入射した光を反射して上方へ出射させる。

下部電極８１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。

上部電極８２は、透明電極材料で主に形成され、この透明電極材料部分とスピン注入磁化反転素子５との間に光を遮らない程度の膜厚の金属膜（図示省略）を積層してさらに備える。このように、透明電極材料で形成された電極（配線）においては、当該電極に接続するスピン注入磁化反転素子５との間に金属膜を介在させることで、金属電極材料より抵抗が大きい透明電極材料を主とする上部電極８２においても、スピン注入磁化反転素子５と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。

上部電極８２に適用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が挙げられる。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。

上部電極８２に適用される金属膜は、例えば、Ａｕ，Ｒｕ，Ｔａ、またはこれらの金属の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、金属膜とその上の透明電極とは、互いの密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、それぞれの材料は、連続的に真空処理室にて成膜されることが好ましい。金属膜の厚さは、１ｎｍ未満であると連続した（ピンホールのない）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ため、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。

（素子間磁性層）
素子間磁性層４は磁性体であり、スピン注入磁化反転素子５の磁化固定層３と同様に、画素アレイ５０の全体において、磁化を同一方向に、ここでは磁化固定層３と同じ上向きに固定されている。素子間磁性層４は、スピン注入磁化反転素子５（磁化自由層１）と同様に、入射した光を旋光させて出射し、その旋光角は、スピン注入磁化反転素子５の旋光角の１つ（＋θkまたは−θk）に対して２０％以内の差であることが好ましく、前記スピン注入磁化反転素子５の旋光角の１つと一致することが最も好ましい。ここでは、素子間磁性層４は、光を＋θkに旋光させるものとする。また、素子間磁性層４は、前記した通り、磁化方向が固定されるためにある程度の保磁力を有するものとする。本実施形態において、素子間磁性層４は、電極８１，８２が接続されず、スピン注入磁化反転素子５の駆動（磁化反転動作）において、電流の供給や磁界の印加がないので、このような状態で磁化方向が維持されればよい。具体的には、素子間磁性層４は、保磁力が磁化自由層１の保磁力以上であることが好ましく、大きいほどより好ましく、磁化固定層３や磁化自由層１の材料として前記に挙げた磁性材料から選択することができ、磁化自由層１の旋光角や保磁力に応じて選択することが好ましい。例えば、磁化自由層１を旋光角０．１４°（波長７８０ｎｍ）のＧｄＦｅで形成して保磁力６０Ｏｅとした場合、同じ形状に形成されたＴｅＦｅＣｏは保磁力８ｋＯｅであり、かつ旋光角０．１３°と差が小さく、素子間磁性層４として好適である。また、素子間磁性層４は、磁化固定層３、磁化自由層１の一方と同じ材料を適用してもよい。

素子間磁性層４は、材料や形状（厚さ、面積）を調整して、保磁力を十分に大きくしたり、旋光角をスピン注入磁化反転素子５の旋光角の１つ（＋θk）に近付けることができる。また、本実施形態においては、素子間磁性層４は、一辺の長さを少なくとも空間光変調器に入射する光の回折限界（波長の１／２程度）以上に長くする。また、図２に示すように、素子間磁性層４は、スピン注入磁化反転素子５の保護膜５４と同様に、保護膜４４を上に設けてもよい。なお、図２においては、素子間磁性層４はスピン注入磁化反転素子５と同じ厚さかつ同じ高さ位置で示しているが、このような厚さおよび高さ位置とすることを規定するものではなく、スピン注入磁化反転素子５よりも厚くても薄くてもよい。素子間磁性層４は、スピン注入磁化反転素子５よりも薄い場合は、保護膜４４を厚くしたり、下地膜として金属膜を厚く設けたり、絶縁膜（絶縁層６）を積層すればよい（図示省略）。

さらに、素子間磁性層４は単層でなくてもよく、例えばスピン注入磁化反転素子５と同じ積層構造（磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１）でもよい。素子間磁性層４は、スピン注入磁化反転素子５と同じ積層構造であれば、旋光角がスピン注入磁化反転素子５と当然に一致するため、旋光角の調整のための設計が不要であり、また電極８１，８２が接続されていないので磁化反転せず、旋光角がスピン注入磁化反転素子５の旋光角の１つのみに固定される。さらに、素子間磁性層４とスピン注入磁化反転素子５が同じ積層構造であれば、これらを同時に成膜、加工して形成することができるので、画素アレイ５０の製造が複雑なものとならない。

図１に示すように、画素アレイ５０の平面視において、素子間磁性層４はスピン注入磁化反転素子５，５間に設けられ、下部電極８１，８１間や上部電極８２，８２間、あるいは下部電極８１と上部電極８２との間で短絡しないような位置および形状に形成される。さらに、画素アレイ５０の平面視において、スピン注入磁化反転素子５、素子間磁性層４のいずれもない領域、すなわちスピン注入磁化反転素子５、素子間磁性層４間の距離、および素子間磁性層４，４間の距離が、空間光変調器１０に入射する光の回折限界よりも短くなるように、素子間磁性層４が設けられることが好ましい。これにより、後記するように、画素アレイ５０からの出射光のすべてが、スピン注入磁化反転素子５、素子間磁性層４のいずれかで旋光した光となる。

（絶縁層）
絶縁層６は、画素アレイ５０において、スピン注入磁化反転素子５，５間、下部電極８１，８１間、および上部電極８２，８２間を、それぞれ絶縁するために、スピン注入磁化反転素子５と素子間磁性層４との間や素子間磁性層４，４間、下部電極８１，８１間、および上部電極８２，８２間に設けられる。絶縁層６は、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の酸化膜やＳｉ₃Ｎ₄やＭｇＦ₂等の公知の絶縁材料を適用することができる。

（基板）
基板７は、画素を２次元配列して画素アレイ５０を構成するための土台であり、スピン注入磁化反転素子５や電極８１，８２を形成するための広義の基板であり、公知の基板材料が適用できる。具体的には表面を熱酸化してＳｉＯ₂膜を形成されたＳｉ基板が好適である。あるいは、透明な基板材料として公知の、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）基板、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）基板、Ｇｅ（ゲルマニウム）単結晶基板等の絶縁性の基板７Ａ（図４参照）を適用することができる。このように、基板７は、少なくとも表面は絶縁体（絶縁部７１）として、上に形成される下部電極８１，８１間が短絡しないようにする。

（電流制御部）
図１に示すように、電流制御部９０は、Ｘ方向に並設された下部電極８１を選択するＸ電極選択部９１と、Ｙ方向に並設された上部電極８２を選択するＹ電極選択部９２と、選択された電極８１，８２に電流を供給する電源（電流供給手段）９３と、この電源９３および前記の電極選択部９１，９２を制御する画素選択部（画素選択手段）９４と、を備える。これらはそれぞれ以下に説明する動作が可能な公知の装置を適用することができる。

画素選択部９４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５０の特定の１つ以上の画素を選択し、選択した画素における電極８１，８２を電極選択部９１，９２に選択させ、さらに電源９３が供給する電流の向きを選択する。そして、画素選択部９４からの指示により、Ｘ電極選択部９１は下部電極８１の１つ以上を選択し、Ｙ電極選択部９２は上部電極８２の１つ以上を選択し、選択した電極８１，８２に電源９３を接続する。電源９３は、選択した画素のスピン注入磁化反転素子５を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給する公知の電源で、直流パルス電流を正負反転可能に供給することができる。そして、電源９３は、画素選択部９４が選択した正または負の電流（＋Ｉ_W／−Ｉ_W）を、接続された電極８１，８２を介してスピン注入磁化反転素子５に供給する。

空間光変調器１０は、このような構成により、画素アレイ５０から所望の画素が選択され、この選択された画素のスピン注入磁化反転素子５に、所定の大きさのパルス電流が選択された向きに供給されて、磁化自由層１を所望の磁化方向にする。スピン注入磁化反転素子５の磁化反転動作は、図３を参照して説明した通りである。この画素のスピン注入磁化反転素子５の磁化反転動作によりその磁化自由層１が所望の磁化方向となることで、このスピン注入磁化反転素子５に入射した光を選択的に所望の偏光の向きに変調して出射することができる（図３参照）。なお、前記したように、スピン注入磁化反転素子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、磁化自由層１の保磁力により磁化が保持されるので、スピン注入磁化反転素子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。

（空間光変調器の光変調動作）
本実施形態に係る空間光変調器の光変調動作を、図２を参照して、この空間光変調器を用いた表示装置にて説明する。表示装置は、前記した従来のスピン注入磁化反転素子を光変調素子としたもの（図７、特許文献３参照）と同様の構成とすればよい。本実施形態に係る空間光変調器１０は反射型であり、また、その光変調部となるスピン注入磁化反転素子５の磁化自由層１は垂直磁気異方性材料からなり磁化方向が上向きまたは下向きを示すため、表示装置は以下の構成とすることが好ましい。空間光変調器１０の画素アレイ５０の上方には、画素アレイ５０に向けて光（レーザー光）を照射する光源等を備える光学系ＯＰＳと、光学系ＯＰＳから照射された光を画素アレイ５０に入射する前に１つの偏光成分の光（以下、入射光）にする偏光子ＰＦｉと、この上方から画素アレイ５０に入射した入射光が画素アレイ５０で反射して出射した出射光から特定の偏光成分の光を遮光する偏光子ＰＦｏと、偏光子ＰＦｏを透過した光を検出する検出器ＰＤとが配置される。なお、図２は模式図であり、偏光子ＰＦｏおよび検出器ＰＤと画素アレイ５０との位置関係は、破断線を挟んで必ずしも整合するものではなく、図４についでも同様である。

光学系ＯＰＳ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画素アレイ５０の全面に照射する大きさに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にするレンズで構成される（図示省略）。光学系ＯＰＳから照射された光（レーザー光）は様々な偏光成分を含んでいるため、この光を画素アレイ５０の手前の偏光子ＰＦｉを透過させて、１つの偏光成分の光（入射光Ｌ₀）にする。偏光子ＰＦｉ，ＰＦｏはそれぞれ偏光板等であり、検出器ＰＤはスクリーン等の画像表示手段である。

光学系ＯＰＳは、平行光としたレーザー光を、画素アレイ５０へ照射する。ここで、スピン注入磁化反転素子５の磁化自由層１の磁気光学効果は、光の入射角が磁化自由層１の磁化方向に平行に近いほど大きい。したがって、入射角は膜面に垂直すなわち０°とすることが光変調度を最大とする上で望ましいが、このようにすると、出射光の光路が入射光の光路と一致する。そこで、入射角を少し傾斜させて、偏光子ＰＦｏおよび検出器ＰＤ、光学系ＯＰＳおよび偏光子ＰＦｉが、それぞれ入射光および出射光の光路を遮らない配置となるようにする。具体的には、入射光の入射角は３０°以下とすることが好ましい。レーザー光は偏光子ＰＦｉを透過して１つの偏光成分の入射光となり、画素アレイ５０の上方からすべての画素に向けて入射する。入射光Ｌ₀は、上部電極８２や上部電極８２，８２間の絶縁層６を透過して、スピン注入磁化反転素子５や素子間磁性層４で反射して、出射光として画素アレイ５０から出射する。

出射光は偏光子ＰＦｏによって特定の１つの偏光成分の光、ここでは入射光Ｌ₀に対して＋θk旋光した光が遮光され、偏光子ＰＦｏを透過した光が検出器ＰＤに入射する。したがって、スピン注入磁化反転素子５で反射した出射光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃は、当該スピン注入磁化反転素子５の磁化自由層１の磁化方向が上向き（平行）であれば偏光子ＰＦｏで遮光され（出射光Ｌ₁）、磁化方向が下向き（反平行）であれば偏光子ＰＦｏを透過して検出器ＰＤに到達する（出射光Ｌ₂，Ｌ₃）。一方、素子間磁性層４で反射した出射光Ｌneは、すべて入射光Ｌ₀に対して＋θk旋光した光であるので、偏光子ＰＦｏで遮光される。したがって、スピン注入磁化反転素子５の磁化が平行な非選択画素は、その全体が一様に暗く（黒く）、検出器ＰＤに表示される。一方、スピン注入磁化反転素子５の磁化が反平行な選択画素は、当該画素におけるスピン注入磁化反転素子５が設けられた領域（有効領域）が明るく（白く）、その周囲は非選択画素と同じに暗く（黒く）検出器ＰＤに表示される。したがって、図２に示すように、空間光変調器１０を用いた表示装置は、検出器ＰＤに、画素毎に明／暗（白／黒）を切り分けられるだけでなく、選択画素と非選択画素との間に、明暗（白黒）の中間状態に表示されることがなく、良好なコントラストで表示される。なお、図２に、画素アレイ５０における１画素と、検出器ＰＤにおいてこの画素が表示される領域とを「画素長」として示す（図４、図６も同様）。

なお、スピン注入磁化反転素子５と素子間磁性層４との間や素子間磁性層４，４間は、距離（隙間）を入射光の回折限界よりも短くすることで、この領域からは入射光が反射しないので、スピン注入磁化反転素子５、素子間磁性層４のいずれにも反射していない光は出射しない。なお、スピン注入磁化反転素子５からの出射光（Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃）とこのスピン注入磁化反転素子５に隣り合う素子間磁性層４からの出射光Ｌneとは、前記隙間の中心辺りで切り替わる。したがって、画素アレイ５０からの出射光のすべては、＋θk，−θkいずれかで旋光した光となり、明／暗（白／黒）のいずれかのみに表示される。

このように、第１実施形態に係る空間光変調器１０は、画素毎に明／暗（白／黒）を切り分けられ、さらにその中間状態が表示されないため、コントラストが良好である。なお、空間光変調器１０の初期化作業として、画素アレイ５０の全体に磁石等で上向きの磁界を印加して、すべてのスピン注入磁化反転素子５の磁化固定層３および素子間磁性層４を上向きの磁化方向とすればよい。すなわち空間光変調器１０は、初期状態として画素アレイ５０の全体（全面）が黒く表示される。

図２では、画素の有効領域外が黒く表示される表示装置としたが、白く表示することもできる。例えば偏光子ＰＦｏを入射光Ｌ₀に対して−θk旋光した光を遮光する仕様とすればよい。このような表示装置にすれば、スピン注入磁化反転素子５の磁化が反平行な画素は全体が一様に白く検出器ＰＤに表示され、スピン注入磁化反転素子５の磁化が平行な画素は当該画素における有効領域が黒く、その周囲は白く検出器ＰＤに表示される。すなわち図２に示す検出器ＰＤが白黒反転する。ただし、このように表示する場合は、画素アレイ５０において、素子間磁性層４に反射膜を積層する等して、素子間磁性層４で反射した出射光Ｌneの光量をスピン注入磁化反転素子５で反射した出射光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃に近付ける必要があり、最も好ましくは光量を一致させることである。これに対して、図２に示すように画素の有効領域外を黒く表示する場合は、出射光Ｌneは偏光子ＰＦｏで遮光されるので、光量は特に規定されない。

図２では、画素アレイ５０は、素子間磁性層４とスピン注入磁化反転素子５の磁化固定層３とが磁化方向を同じ上向きに固定されているが、互いに反対方向に固定されてもよい（図示省略）。この場合は、素子間磁性層４と磁化固定層３とで保磁力に差があるように形成することが好ましく、初期化作業において、磁界を向きを変え、さらに大、小の２段階で画素アレイ５０に印加して、それぞれの磁化方向を固定すればよい。

第１実施形態に係る空間光変調器１０では、スピン注入磁化反転素子５は、画素毎に１個設けられているが、これに限定されるものではなく、１画素に２個以上を設けて一対の電極８１，８２に並列に接続されてもよい（図示省略）。この場合、同一画素に設けられるスピン注入磁化反転素子５，５間の距離（隙間）は、空間光変調器に入射する光の回折限界よりも短くする。これにより、例えば平面視長方形のスピン注入磁化反転素子５を短辺方向に２個並べて１画素を構成した場合に、前記スピン注入磁化反転素子５，５が光学的に一体として変調した光を出射する。さらに、この場合のスピン注入磁化反転素子５の短辺長は光の回折限界以上でなくてもよく、２個分の短辺長とスピン注入磁化反転素子５，５間の隙間との合計が光の回折限界以上であればよい。したがって、２個のスピン注入磁化反転素子５，５により１画素の有効領域を大きくしても、スピン注入磁化反転素子５の１個あたりを十分に小さく形成して、好適に磁化反転させることができる。

また、スピン注入磁化反転素子５の磁化固定層３および磁化自由層１、ならびに素子間磁性層４は、面内磁気異方性材料で形成されてもよい。具体的には、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏのような遷移金属や、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｇｅ等の遷移金属合金、あるいはＣｏ−Ｐｔ等の遷移金属と貴金属との合金が挙げられる。あるいはＭｎ−Ｂｉ合金、Ｍｎ／Ｂｉ多層膜、Ｐｔ−Ｍｎ−Ｓｂ合金、Ｐｔ／Ｍｎ−Ｓｂ多層膜等の磁気光学効果の大きなＭｎ含有磁性合金を用いることができる。

面内磁気異方性とした磁化固定層３および素子間磁性層４は、画素アレイ５０において、面内方向における一方向に、または一方向とその反対方向に磁化を固定される。このようなスピン注入磁化反転素子５は、垂直磁気異方性の場合と同様に、磁化反転により、磁化自由層１が磁化固定層３の磁化方向に平行または反平行の磁化を示すため、空間光変調器１０は、入射光を前記一方向に平行な方向に近付けて画素アレイ５０に入射することが好ましい（図示省略）。

以上のように、第１実施形態に係る空間光変調器によれば、画素の有効領域外に明暗の中間状態が表示されないため、光変調素子に旋光角の比較的小さいスピン注入磁化反転素子を適用されても、明暗のコントラストが良好である。

［第２実施形態］
第１実施形態に係る空間光変調器１０は、画素アレイ５０において、スピン注入磁化反転素子５と素子間磁性層４との間に絶縁層６を設けたが、スピン注入磁化反転素子５，５間が絶縁されれば、これに限られない。以下、図４を参照して、第２実施形態に係る空間光変調器について説明する。本実施形態に係る空間光変調器１０Ａは、電流制御部９０は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成であるので、説明を省略する。また、画素アレイ５０Ａにおいても第１実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態に係る空間光変調器１０Ａの画素アレイ５０Ａは、透明な基板７Ａ上に下部電極８２Ａを透明電極で形成し、先に磁化自由層１Ａを下部電極８２Ａ上に形成し、その上に、中間層２、磁化固定層３、および保護膜５４を積層し、金属材料で上部電極８１Ａを形成した、第１実施形態とは逆順の積層構造である。したがって、本実施形態に係る空間光変調器１０Ａは、画素アレイ５０Ａの基板７Ａ側（図４における下）から光を入射する反射型の空間光変調器であり、表示装置に用いる場合には、図２に示す第１実施形態とは上下反転させた構成とする（図４参照）。また、空間光変調器１０Ａは、画素アレイ５０Ａの底面図が図１で示され（素子間磁性層４を除く）、下部電極８１が上部電極８１Ａに、上部電極８２が下部電極８２Ａに、それぞれ相当する。さらに図４は、空間光変調器１０Ａ（画素アレイ５０Ａ）について、破断線の左側が図１のＡ−Ａ断面図に、右側が図１のＢ−Ｂ断面図に、それぞれ相当する。

第２実施形態に係る空間光変調器１０Ａは、スピン注入磁化反転素子５Ａに接続して素子間磁性層４Ａを設けて、隣り合うスピン注入磁化反転素子５Ａ，５Ａのそれぞれに接続した素子間磁性層４Ａ，４Ａ間を離間し、絶縁層６で前記スピン注入磁化反転素子５Ａ，５Ａ間を絶縁する。ここで、素子間磁性層４Ａはスピン注入磁化反転素子５Ａの磁化自由層１Ａにのみ接続するように、当該磁化自由層１Ａの厚さ以下で形成される。このような空間光変調器１０Ａの画素アレイ５０Ａにおいては、平面視でスピン注入磁化反転素子５Ａを囲む枠状に素子間磁性層４Ａが形成される（図示省略）。

素子間磁性層４Ａは、第１実施形態と同様に、磁化自由層１Ａ以上の保磁力を有していればよく、第１実施形態で挙げた材料を適用でき、さらに当該磁化自由層１Ａと同じ材料すなわち磁化自由層１Ａと一体の磁性体に形成されていてもよい。このような磁性体において、電流供給により磁化反転する、すなわち磁化自由層１Ａとして動作するのは、磁化固定層３および中間層２が積層された領域に限定され、それ以外の領域は外部磁界が印加されること等がなければ磁化が一定に固定され、素子間磁性層４Ａとして作用する。

素子間磁性層４Ａ，４Ａ間の距離（隙間）は、第１実施形態と同様に、入射する光の回折限界よりも短くする。これにより、絶縁層６を隔てた２つの素子間磁性層４Ａ，４Ａは、光学的に一体として変調した光を出射する。したがって、空間光変調器１０Ａは、図４に示すように、第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様に、画素アレイ５０Ａから出射する光のすべてが＋θk，−θkいずれかで旋光した光となる。さらに、１個の素子間磁性層４Ａの辺（短辺）の長さは、第１実施形態と異なり光の回折限界以上でなくてもよく、隙間を含めた２つの素子間磁性層４Ａ，４Ａの長さすなわちスピン注入磁化反転素子５Ａ，５Ａ間の距離が、光の回折限界以上であればよい。したがって、隣り合う画素におけるスピン注入磁化反転素子５Ａ，５Ａ間の距離が短くてもよく、画素の微細化が容易である。

なお、スピン注入磁化反転素子５Ａは、第１実施形態と同様に、上側に磁化自由層１Ａを素子間磁性層４Ａと共に設けて、上方から光を入射する空間光変調器としてもよい。また、素子間磁性層４Ａは、磁化固定層３にのみ接続してもよい（図示省略）。

（変形例）
第２実施形態の変形例として、素子間磁性層４Ａを磁化自由層１または磁化固定層３の一方にのみ接続する際、スピン注入磁化反転素子５Ａの４辺すべてに接続せず、直交する２辺に接続して、すなわち素子間磁性層４Ａは平面視でＬ字型に形成されてもよい（図示省略）。このような構成とすることで、画素アレイ５０Ａにおいて、隣り合う画素におけるスピン注入磁化反転素子５Ａ，５Ａ間には素子間磁性層４Ａと絶縁層６とが１ずつ設けられればよいので、画素を微細化しても加工が容易である。

以上のように、第２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、第１実施形態と同様に明暗のコントラストが良好であり、さらに画素の微細化がいっそう容易になる。

［第３実施形態］
本発明に係る空間光変調器は、磁界印加方式にも適用することができる。以下、図５および図６を参照して、第３実施形態に係る空間光変調器について説明する。第１、第２実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図５は基板７Ａ側からの底面図であり、空間光変調器１０Ｂは、第２実施形態（図４参照）と同様に、光の入射面は底面（下面）であり、空間光変調器１０Ｂは、基板７Ａを透過して画素アレイ５０Ｂに下方から入射した光を反射してその光を変調して下方へ出射する反射型の空間光変調器である。

画素アレイ５０Ｂにおいて、光変調素子１Ｂは平面視略正方形で、隣り合う画素間で離間して基板７Ａ上に設けられ、また、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間を埋めるように、素子間磁性層４Ｂが基板７Ａ上に設けられている。光変調素子１Ｂは磁界印加方式の光変調素子であり、画素アレイ５０Ｂは、それぞれの画素の光変調素子１Ｂの面内方向における周囲を周回する電流を供給する配線として、Ｘ電極８１ＢおよびＹ電極８２Ｂを４ずつ備える。詳しくは、図５における右側の１列目と下側の１行目の画素にのみ示すように、平面（底面）視でＹ方向（図５における縦方向）に延設されたＸ電極８１Ｂと、平面視でＸ電極８１Ｂと直交するＸ方向（図５における横方向）に延設されたＹ電極８２Ｂとのそれぞれが、光変調素子１Ｂの対向する２辺に沿うようにヘアピン状に形成されて、この光変調素子１Ｂの４辺に沿った井桁状に配線が形成される。また、図６に示すように、Ｙ電極８２ＢよりもＸ電極８１Ｂが基板７Ａ側、すなわち下に配され、さらにその下の基板７Ａ上に光変調素子１Ｂが配され、光変調素子１Ｂ、Ｘ電極８１Ｂ、Ｙ電極８２Ｂの各層間には、絶縁層６が形成されている。なお、電極８１Ｂ，８２Ｂは、各画素の光変調素子１Ｂの周囲を反転可能に周回する電流を供給することのできる構成であればよい。

（光変調素子）
光変調素子１Ｂは、電極８１Ｂ，８２Ｂを流れる電流で発生する磁界を印加されて磁化反転し、かつ磁界を印加されていない状態で磁化が保持される程度の保磁力を有していればよく、入射した光の偏光の向きを大きく変化させて出射する（旋光角θkが大きい）、すなわち磁気光学効果（ファラデー効果）が大きいことが好ましい。このような光変調素子１Ｂは、第１実施形態におけるスピン注入磁化反転素子５の磁化固定層３、磁化自由層１と同様に磁性材料で形成されてもよいが、スピン注入磁化反転しなくてよいため、光アイソレータ等に適用される公知の磁気光学材料で、例えばビスマス置換型希土類鉄ガーネットで形成することができる。ビスマス置換型希土類鉄ガーネットは光透過性が高いので、本実施形態に係る空間光変調器１０Ｂは、反射型とするために、光変調素子１Ｂの上面にＡｌ，Ａｇ等で反射膜５５を設けることが好ましい。ビスマス置換型希土類鉄ガーネットは、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）基板にエピタキシャル成長させる等、公知の方法で基板７Ａ上に成膜し、さらにＡｌ膜等を積層して、イオンミリング等で格子状の溝を加工して、光変調素子１Ｂおよび反射膜５５を２次元配列して形成することができる。なお、本実施形態において、光変調素子１Ｂは垂直磁気異方性とし、したがって上向きまたは下向きの磁化を示す。そして、光変調素子１Ｂは入射した光が反射する際に、磁化が上向きのときは＋θk（図６の出射光Ｌ₁）、磁化が下向きのときは−θk（図６の出射光Ｌ₂，Ｌ₃）、それぞれ偏光の向きを変化させて出射する。

隣り合う画素における光変調素子１Ｂ，１Ｂは、公知の磁界印加方式の空間光変調器と同様に、印加磁界により隣の画素の光変調素子１Ｂが追随して磁化反転しないように、間隔を空けて基板７Ａ上に形成される。ただし、第１、第２実施形態のスピン注入磁化反転素子５（５Ａ）と異なり、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間は絶縁する必要はないため、絶縁層６を設けなくてよく、以下の素子間磁性層４Ｂを光変調素子１Ｂ，１Ｂに接触させて設ける。

（素子間磁性層）
素子間磁性層４Ｂは、光変調素子１Ｂを磁化反転させるための磁界を印加されても磁化反転しない、すなわち光変調素子１Ｂよりも保磁力が十分に大きくなるように、磁性材料や厚さを設計される。また、素子間磁性層４Ｂは、第１実施形態と同様に、入射した光を旋光させて出射し、その旋光角は、光変調素子１Ｂの旋光角の１つ（＋θkまたは−θk）に対して２０％以内の差であることが好ましく、前記光変調素子１Ｂの旋光角の１つと一致することが最も好ましい。ここでは、素子間磁性層４Ｂは、光を＋θkに旋光させるものとする（図６の出射光Ｌne）。さらに、素子間磁性層４Ｂは、画素アレイ５０Ｂにおいて全体の磁化が一方向に固定され、本実施形態においては光変調素子１Ｂの磁化方向の１つと同じ上向きに固定される。このような素子間磁性層４Ｂは、第１実施形態と同様に、光変調素子１Ｂの旋光角および保磁力に応じて選択することができ、すなわち、例えば光変調素子１ＢがＧｄＦｅで形成される場合、ＴｂＦｅＣｏで形成することができる。また、素子間磁性層４Ｂは厚さを調整して、保磁力を大きくしたり、旋光角を光変調素子１Ｂに近付けることができる。なお、図６においては、素子間磁性層４Ｂは光変調素子１Ｂよりも厚く示しているが、このような厚さとすることを規定するものではなく、光変調素子１Ｂよりも薄くても同じ厚さでもよい。

（基板）
基板７Ａは、第１実施形態にて挙げた公知の透明基板材料が適用でき、特に光変調素子１Ｂをビスマス置換型希土類鉄ガーネットで形成する場合は、ＧＧＧ基板を適用して、ビスマス置換型希土類鉄ガーネットをエピタキシャル成長させることができる。

（電極）
Ｘ電極８１ＢおよびＹ電極８２Ｂ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金属電極材料で形成される。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、図５に示すようにヘアピン状等の所望の形状に加工される。

（絶縁層）
絶縁層６は、光変調素子１Ｂおよび素子間磁性層４Ｂと、Ｘ電極８１Ｂとの層間、Ｘ電極８１ＢとＹ電極８２Ｂとの層間、ならびに隣り合うＸ電極８１Ｂ，８１Ｂ間、Ｙ電極８２Ｂ，８２Ｂ間を、それぞれ絶縁するために設けられる。絶縁層６は、第１実施形態にて挙げた公知の絶縁材料を適用することができる。

（電流制御部）
電流制御部９０は、前記第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成であり、ここでは、選択した電極８１Ｂ，８２Ｂが囲む光変調素子１Ｂを磁化反転させる磁界を印加するための電流を供給する。詳しくは、図５に示す平面（底面）視において、選択された画素の光変調素子１ＢのＹ方向の２辺に沿ったＸ電極８１ＢとＸ方向の２辺に沿ったＹ電極８２Ｂとに電流が供給されて、図６に示すように、前記光変調素子１Ｂの周囲に沿って右回りまたは左回りのいずれかに周回する電流により、前記光変調素子１Ｂ上に下向きまたは上向きの磁界が発生する。光変調素子１Ｂは、前記磁界が印加されて、この磁界の向きの磁化方向となる。

（空間光変調器の光変調動作）
本実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置は、第２実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置（図４参照）と同様の構成であるため、説明を省略する。空間光変調器１０Ｂの画素アレイ５０Ｂにおいては、全面が光変調素子１Ｂおよび素子間磁性層４Ｂで埋められているため、画素アレイ５０Ｂから出射する光のすべて（図６の出射光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌne）が入射光Ｌ₀に対して＋θk，−θkいずれかで旋光した光となり、明／暗（白／黒）のいずれかのみに表示される。

なお、本実施形態では、素子間磁性層４Ｂは、画素アレイ５０Ｂにおける光変調素子１Ｂ，１Ｂ間の隙間をすべて埋めるように一体の格子状に形成されているが、これに限られず、入射光の回折限界よりも短い間隔を設けて分離して形成されてもよい（図示省略）。

また、光変調素子１Ｂおよび素子間磁性層４Ｂは、磁化方向が面内方向における一方向およびその反対方向になるように形成されてもよい。この場合、電極８１Ｂ，８２Ｂは、光変調素子１Ｂに前記一方向およびその反対方向の磁界を印加するように構成される。

以上のように、第３実施形態に係る空間光変調器によれば、素子間の間隔をある程度設けて２次元配列される磁界印加方式の光変調素子に適用されても、スピン注入方式の第１、第２実施形態に係る空間光変調器と同様に、画素の有効領域外に明暗の中間状態が表示されないため、明暗のコントラストが良好である。

以上、本発明の空間光変調器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。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 空間光変調器
１，１Ａ 磁化自由層
１Ｂ 光変調素子
２ 中間層
３ 磁化固定層
４，４Ａ，４Ｂ 素子間磁性層（素子間磁性膜）
５，５Ａ スピン注入磁化反転素子（光変調素子）
５０，５０Ａ，５０Ｂ 画素アレイ
６ 絶縁層
７，７Ａ 基板
８１，８２Ａ 下部電極（電極）
８２，８１Ａ 上部電極（電極）
８１Ｂ Ｘ電極
８２Ｂ Ｙ電極

Claims (5)

1. 磁化方向を変化させることができる磁性材料を有する複数の光変調素子を２次元配列して備え、前記光変調素子に入射した光をその偏光方向を異なる２方向のいずれかに変化させて出射する空間光変調器であって、
   入射した光をその偏光方向を特定の一方向に変化させて出射する素子間磁性膜を、隣り合う前記光変調素子同士の間に備えることを特徴とする空間光変調器。
2. 前記素子間磁性膜は、前記特定の一方向に偏光方向を変化させる角度が、前記光変調素子が変化させる前記２方向の偏光方向の一方の角度に対して、差が２０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
3. 前記素子間磁性膜は、前記光変調素子の磁化方向が変化する前記磁性材料よりも保磁力が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空間光変調器。
4. 前記光変調素子は、前記磁性材料を磁化自由層とするスピン注入磁化反転素子であって、
   前記光変調素子に接続した一対の電極と、隣り合う前記光変調素子同士を絶縁する絶縁層と、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３のいずれか一項に記載の空間光変調器。
5. 前記光変調素子および前記素子間磁性膜は、前記絶縁層により隔てられた距離が、前記入射した光の回折限界よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の空間光変調器。

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