JP2017054009A - 空間光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】スピン注入磁化反転素子からなる光変調素子の設けられていない領域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】空間光変調器１０は、金属電極材料からなる下部電極６の上に、下から磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１１の順に積層してなる光変調素子１を２次元配列して備え、光変調素子１の上に接続された上部電極５を透過して入射した光を、θP，θAPのいずれかの角度で旋光した出射光ＬP，ＬAPとして出射する。光変調素子１は、磁化固定層３が磁化自由層１１よりも平面視形状が大きく、磁化自由層１１を透過せずに下部電極６で反射して出射した出射光Ｌneが、下部電極６の上の磁化固定層３により角度θPと略一致して旋光しているため、出射光ＬPと共に偏光子ＰＦｏで遮光され、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３

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。空間光変調器により変調された２値の光は、その一方の偏光の向きの光を完全に遮光するフィルタ（偏光子）により遮光されて、他方の光のみが取り出されることにより、明／暗（白／黒）に表示される。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、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されているスピン注入方式（例えば、特許文献２，３）がある。

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、光変調素子が磁性ガーネット膜のような磁性膜で形成され、２次元配列した光変調素子に磁界を画素毎に印加するために、各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。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る。また、この空間光変調器は、光変調素子の周縁に設けられた配線に供給され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）素子等のスピン注入磁化反転素子が光変調素子として搭載される。一般的に、スピン注入磁化反転素子は、非磁性膜または絶縁膜（中間層）を挟んだ２つの磁性膜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、磁性膜の一方が磁化自由層としてその磁化方向が変化する。すなわち、この磁化自由層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は、上下面に一対の電極を接続するので、磁界印加方式の光変調素子のように、電極を画素に対して極度に細い配線として形成しなくてよく、配線幅による素子サイズの制約が少ない。さらに、スピン注入磁化反転素子は、駆動電流が膜面での電流密度によるため、素子サイズ（面積）が小さい程電流が低減される上、容易に磁化反転させるために１辺が５００ｎｍ程度以下、好ましくは１００〜３００ｎｍ程度に形成される。このようなスピン注入磁化反転素子を搭載した空間光変調器は、一対の電極の、少なくともスピン注入磁化反転素子の光の入出射側に接続する電極を構成する配線を透明電極材料で形成して、スピン注入磁化反転素子に光が入射するように構成される。また、スピン注入磁化反転素子は、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、上に接続する配線（電極）と下に接続する配線（電極）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。一方で、スピン注入方式の空間光変調器は、スピン注入磁化反転素子の光変調素子に相当する磁化自由層が、その膜厚が薄く、１回の反射や透過では旋光角が小さいため、誘電体多層膜等を設けて、多重反射により旋光角を増幅させるように構成されることが好ましい（例えば、特許文献４，５）。また、誘電体膜（絶縁膜）に限られず、高屈折率の透明電極材料からなる上側の電極で多重反射させる空間光変調器が開示されている（例えば、特許文献６）。

例えば図８に示すように、スピン注入方式の空間光変調器１００は、スピン注入磁化反転素子を光変調素子１０１として２次元配列して搭載し、その上下に接続する一対の電極として、平面視で互いに直交する配線状の上部電極５および下部電極６が設けられる。隣り合う光変調素子１０１，１０１は、それぞれに接続する電極５，６と共に電気的に短絡しないように、また、その磁化自由層１１が光変調素子１０１毎に独立して安定して磁化反転するように、加工精度等にもよるが２００ｎｍ程度以上の間隔を空けられている。このような空間光変調器１００は、光変調素子１０１，１０１間、上部電極５，５間および下部電極６，６間のそれぞれに絶縁材料（絶縁層１０８）が設けられる。絶縁層１０８は、光変調素子１０１の各層を構成する磁性膜等と同様に物理蒸着（ＰＶＤ）法で成膜可能な、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，Ｓｉ窒化物等の無機材料が適用され、これらの材料は光を透過させる。空間光変調器１００に入射した光Ｌ₀は、透明電極材料からなる上部電極５を透過して光変調素子１０１に到達して、当該光変調素子１０１またはその下の金属電極材料からなる下部電極６で反射して、再び上部電極５を透過して出射する。空間光変調器１００からの出射光は、光変調素子１０１の磁気光学効果により２値の偏光の光Ｌ_P，Ｌ_APに変調され、偏光子（検光子）ＰＦｏにより一方の出射光Ｌ_Pが遮光され、他方の出射光Ｌ_APが透過して検出器ＰＤに入射する。その結果、検出器ＰＤにおいて、出射光Ｌ_APが明表示され（図中、白く表す）、出射光Ｌ_Pが暗表示される（図中、黒く塗り潰して表す）。なお、図８は模式図であり、空間光変調器１００については、下部電極６の延設方向に沿った部分断面図で、光路を見易く表すために、上部電極５および絶縁層１０８にはハッチングを付さず、また、光変調素子１０１の磁化自由層１１および磁化固定層３にその磁化方向を表す黒塗り矢印を付す。

ここで、スピン注入方式の空間光変調器１００は、その入射面から見て、前記の通り光変調素子１０１が間隙を空けて配列されているので、入射光Ｌ₀のうちの相当量が光変調素子１０１，１０１間を埋める絶縁層１０８に進入する。このような入射光Ｌ₀がその下の下部電極６で、あるいは下部電極６，６間の絶縁層１０８と基板１０９との界面（図８では図示せず）等で反射して出射すると、このような出射光Ｌ_neは、変調されていないので偏光の向きが入射光Ｌ₀と同じであり、光変調素子１０１から出射した２値の光Ｌ_P，Ｌ_APのいずれとも異なる偏光の向きの光であるため、偏光子ＰＦｏで完全には遮光されず、かつ、明表示される光変調素子１０１からの出射光Ｌ_APよりも少ない光量で偏光子ＰＦｏを透過する。したがって、変調されていない出射光Ｌ_neは、検出器ＰＤで明表示よりも暗い中間調を示し（図中、検出器ＰＤにハッチングを付して表す）、表示のコントラストが低下し、また、このような空間光変調器１００をホログラムに使用すると、出射光Ｌ_neがノイズとなって像の再生が困難になる。このような出射光Ｌ_neを排除するために、例えば絶縁層１０８において低屈折率材料の層の下に設けた高屈折率材料の層内で光を多重反射させて減衰させる技術が開示されている（特許文献７）。

特許第４５９６４６８号公報 特許第４８２９８５０号公報 特許第５００１８０７号公報 特開平５−８９５２０号公報 特開平６−１１１３７４号公報 特許第４７６４３９７号公報 特開２０１３−４５０９１号公報

しかしながら、光変調素子１０１，１０１間に入射して絶縁層１０８から下部電極６に到達して反射した光Ｌ_neは、下部電極６が導電性に優れた金属電極材料からなり、また入射面から近距離（浅い位置）に設けられているために、高い反射率により出射し易い。さらに、スピン注入磁化反転素子からなる光変調素子１０１は全体の厚さが数十ｎｍ以下と薄く、下部電極６上の絶縁層１０８を特許文献７に開示されているような屈折率の異なる絶縁材料を積層した２層構造としても、光を十分に減衰させることが困難な場合がある。

本発明は前記問題点に鑑み創案されたもので、スピン注入磁化反転素子を光変調素子として搭載し、光変調素子同士の間隙からの電極で反射した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を課題とする。

前記課題を解決するために、本発明者らは、光変調素子に入射せずに下部電極で反射した光を変調させて、光変調素子から出射した２値の光の一方と同じ偏光の光として出射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、磁化固定層、中間層、磁化自由層の順に積層してなるスピン注入磁化反転素子を光変調素子として２次元配列して備え、さらに、一対の電極として前記光変調素子の上に接続した上部電極および下に接続した下部電極、ならびに、隣り合う前記光変調素子同士の間および前記電極間を埋める絶縁層を備えて、上方から前記光変調素子に入射した光の偏光方向を２値の角度に変化させた光を反射させて出射するものである。そして、前記空間光変調器は、前記下部電極の上に、前記光変調素子の磁化固定層が平面視で当該光変調素子の外側に拡張して形成され、前記光変調素子の外側に拡張して形成された磁化固定層に入射した光の偏光方向を、前記２値の角度の一方と２０％以内の差の角度に変化させた光を反射させて出射することを特徴とする。

かかる構成により、空間光変調器は、光変調素子の配置されていない領域に入射した光が、この領域まで拡張して設けられた磁化固定層によって、光変調素子により変調した２値の光の一方の偏光の向きに略一致した光に変調されて出射する。その結果、出射光が、２値の光またはそれらに略一致した光のみとなって、偏光子により白と黒のみの２階調に表示することができて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、光変調素子にスピン注入磁化反転素子を適用して、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模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ線組合せ断面図である。 本発明の第１実施形態に係る空間光変調器に搭載された光変調素子の光変調動作を説明する模式図で、図１（ａ）のＤ−Ｅ線矢視断面図の拡大図である。 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−Ｂ線断面およびＤ−Ｅ線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に搭載された別の光変調素子の光変調動作を説明する模式図で、図１（ａ）のＤ−Ｅ線矢視断面図の拡大図に相当する。 本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の構成を説明する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図である。 本発明の第２実施形態に係る空間光変調器に搭載された光変調素子の模式図で、光変調動作を説明する図であり、図１（ａ）のＤ−Ｅ線矢視断面図の拡大図に相当する。 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−Ｂ線断面およびＤ−Ｅ線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、下部電極の延設方向に沿った部分断面図である。

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。本発明に係る空間光変調器は、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、これを２次元配列して備える。以下、本発明に係る空間光変調器について、具体的に説明する。

〔第１実施形態〕
図１（ａ）、（ｂ）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９と、その上に２次元配列された光変調素子１と、光変調素子１の上に接続されてＹ方向（図１（ａ）における縦方向）に延設された上部電極（電極）５と、光変調素子１の下に接続されて上部電極５と対をなす電極であって、Ｘ方向（図１（ａ）における横方向）に延設された下部電極（電極）６と、下部電極６，６間、光変調素子１，１間、および上部電極５，５間を埋める絶縁層８（図１（ａ）では省略、図１（ｂ）ではハッチングを付さずに輪郭線のみを示す）と、を備える。

本実施形態に係る空間光変調器１０は、上方から上部電極５を透過して光変調素子１に入射した光を変調して、上方へ反射させて出射する反射型の空間光変調器である。また、空間光変調器１０は、上部電極５および下部電極６（以下、適宜まとめて、上下電極５，６）を配線（ビット線およびワード線）としたクロスポイント型のＭＲＡＭと同じ回路構造で、外部のパルス電流源（図示省略）から、選択された光変調素子１に上下電極５，６を経由して直流パルス電流が直接に供給される。なお、空間光変調器における平面（上面）は、光の入射面を指す。また、本実施形態では、空間光変調器１０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、後記の変形例および第２実施形態以降も同様とする。以下、本実施形態に係る空間光変調器を構成する各要素を詳細に説明する。

（光変調素子）
本実施形態に係る空間光変調器１０に搭載された光変調素子１は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子であり、磁化方向が一方向に固定された磁化固定層３および磁化方向が回転可能な磁化自由層１１を、非磁性金属からなる中間層２を挟んで備え、さらに必要に応じて、最下層に下地膜４１を、最上層に保護膜４２を、それぞれ備える（図１では省略）。詳しくは、図２に示すように、光変調素子１は、下から、下地膜４１、磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１１、保護膜４２が積層されてなる。光変調素子１のこれらの各層は、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後記の平面視形状に加工される。光変調素子１は、膜面垂直方向に電流を供給されることにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁化自由層１１の磁化方向が磁化固定層３と同じ向き（平行）または反対向き（反平行）になるように変化する。

本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、光変調素子１は、平面視で、磁化自由層１１およびその下の中間層２が同一形状の正方形に形成され、磁化固定層３がこの正方形よりも大きく、下部電極６に沿ってＸ方向に長い長方形に形成されている。すなわち、光変調素子１において、磁化固定層３は、磁化自由層１１および中間層２の外側へ拡張して形成されている。磁化固定層３における拡張された領域を外部領域３exと称する（図２参照）。このような光変調素子１において、光変調素子として有効である（入射した光を所望の向きへ変調する）のは、磁化自由層１１、中間層２、磁化固定層３の３層すべてが積層された平面視正方形の領域である。光変調素子１の有効な領域の平面視形状は、正方形に限られないが、好適にスピン注入磁化反転（磁化反転）させるために、各辺が３００ｎｍ程度の矩形またはそれに相当する面積以下の形状に形成することが好ましく、かつ、１辺が空間光変調器１０に入射する光（入射光）の回折限界（波長の１／２程度）以上とすることが好ましい。

一方、磁化固定層３は、外部領域３exの長さは特に規定されず、図１および図２では拡張した両側（左右）を同じ長さで示しているが、これに限られない（後記変形例参照）。ただし、共通の下部電極６上で隣り合う光変調素子１，１において、それぞれの磁化固定層３（外部領域３ex）同士の間隔が、入射光の回折限界未満であることが好ましい。なお、磁化固定層３は、Ｙ方向（下部電極６の幅方向）においては、磁化自由層１１等と同じ長さでもよいし、外側に拡張されて形成されていてもよい。ただし、いずれの場合も、下部電極６上の磁化固定層３の形成されていない領域の長さが入射光の回折限界未満であることが好ましい。

磁化固定層３および磁化自由層１１は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子に用いられる公知の磁性材料であって、特に、極カー効果で旋光角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等が挙げられる。磁化自由層１１はさらに、入射光の波長における磁気光学効果の高い、すなわち旋光角θ_free（０°＜|θ_free|≦４５°）の大きい磁性材料を適用することが好ましい。ただし、後記製造方法で製造される場合には、磁化固定層３および磁化自由層１１は、ＲＥ−ＴＭ合金よりも耐熱性に優れたＣｏ／Ｐｄ多層膜等で形成されることが好ましい。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、光変調素子１に入射した光は、磁化自由層１１またはその下の非磁性金属からなる中間層２で反射して出射するので、この出射光は、入射光に対して磁化自由層１１の磁化方向に応じてその旋光角＋θ_freeまたは−θ_freeで旋光した光になる。

また、電流供給により磁化自由層１１を安定して磁化反転させるために、磁化固定層３は、その保磁力Ｈcpが磁化自由層１１の保磁力Ｈcfよりも十分に大きくなるように、それぞれの材料を選択したり、磁化自由層１１よりも厚く形成される。具体的には、磁化自由層１１は、好適に磁化反転するように厚さが１〜２０ｎｍの範囲において設計されることが好ましく、磁化固定層３は、磁化自由層１１の保磁力Ｈcfに対応した保磁力Ｈcpになるように厚さが３〜５０ｎｍの範囲において設計されることが好ましい。

さらに本実施形態において、磁化固定層３は、入射光の波長において、反射光の旋光角θ_pinが絶対値で磁化自由層１１の旋光角θ_freeと略一致する、具体的には２０％以内の差（||θ_pin|−|θ_free||／θ_free≦０．２０）に、最も好ましくは同値になるように磁性材料や厚さが設計される。図２では、磁化自由層１１と磁化固定層３は、同じ磁化方向で同じ向きに旋光させるものとする（＋θ_pin≒＋θ_free）。ただし、磁化固定層３においてそのような旋光角θ_pinを示すのは、外部領域３exのみでもよい。したがって、磁化固定層３は、旋光角θ_pinを調整すると十分な保磁力Ｈcpが確保されない厚さになる場合には、外部領域３exの厚さが、他の領域（中間層２および磁化自由層１１が積層された、光変調素子１の有効な領域）よりも薄い（上面が低い）段差のある形状に形成されてもよい。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁化固定層３の外部領域３exに入射した光は、当該磁化固定層３またはその下の下部電極６で反射して出射するので、この出射光は常に、入射光に対して磁化固定層３の旋光角＋θ_pinで旋光した光となる。磁化固定層３をこのような構成とすることにより、後記するように、空間光変調器１０は良好なコントラストを示す。

中間層２は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌのような非磁性金属からなり、厚さは１〜１０ｎｍとすることが好ましい。中間層２は、特にＡｇを適用して厚さ６ｎｍ以上とすることが好ましく、このような構成とすることにより、光変調素子１（磁化自由層１１）に入射した光が、当該中間層２で高反射率で反射して、光の取出し効率が向上する。

下地膜４１は、磁化固定層３の下部電極６への密着性を得るために、必要に応じて設けられ、磁化固定層３を形成する磁性膜を連続して成膜する。したがって、下地膜４１は、磁化固定層３と同一の平面視形状である。下地膜４１は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕ等の非磁性金属材料で形成される。下地膜４１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を超えて厚くしても密着性が飽和し、生産性が低下する。したがって、下地膜４１の厚さは１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。

保護膜４２は、光変調素子１において、その製造時におけるダメージから磁化自由層１１を保護するために、最上層に設けられている。製造時におけるダメージとは、例えばレジスト形成時の現像液の含浸等、また、特に磁化自由層１１が酸化し易いＲＥ−ＴＭ合金で形成される場合には酸化が挙げられる。保護膜４２は、磁化自由層１１を形成する磁性膜に連続して成膜され、また、磁化自由層１１と共に加工されるため、磁化自由層１１と同一の平面視形状である。保護膜４２は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、またはＣｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層（Ｃｕが内側（下層））等から構成される。保護膜４２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自由層１１を保護する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４２の厚さは１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。

（電極）
上部電極５および下部電極６（以下、適宜まとめて、上下電極５，６）は、光変調素子１の上下面に接続して電流を供給する一対の電極であり、それぞれの材料の抵抗、および光変調素子１に供給する電流の大きさ等に応じて、厚さや幅が設定される。図１（ａ）に示すように、上下電極５，６はそれぞれ、平面視において、一様な幅に形成され、光変調素子１の配列に沿って互いに直交して延設される。

上部電極５は、光変調素子１に対して光の入出射側である上側に設けられるため、光を透過するように透明電極材料で形成される。具体的には、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。さらに、上部電極５は、下（光変調素子１の側）に金属膜を備えることが好ましく、すなわちこの金属膜５２に、主要部材である透明電極材料からなる層（透明電極層５１）が積層される。透明電極材料は金属電極材料よりも導電性に劣るため、上部電極５においては、光変調素子１との間の接触抵抗を低減させるために金属膜５２が設けられる。金属膜５２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る。金属膜５２は、下地膜４１等と同様に、厚さが１ｎｍ未満であると連続した膜を形成し難く、一方、１０ｎｍを超えると光の透過量を低下させるので、１〜１０ｎｍが好ましい。より好ましくは、金属膜５２と保護膜４２との合計の厚さが１０ｎｍ以下になることである。また、金属膜５２は、透明電極層５１との密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するために、スパッタリング法等で、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。したがって、透明電極層５１および金属膜５２は、フォトリソグラフィおよびエッチング等でストライプ状等の所望の形状に一括に加工される。

下部電極６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、スパッタリング法等の公知の方法により成膜され、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所望の形状に加工される。

（絶縁層）
絶縁層８は、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の酸化膜やＳｉ窒化物やＭｇＦ₂等の公知の無機絶縁材料を適用することができ、光変調素子１の各層や上下電極５，６と同様に、スパッタリング法等の公知の方法により成膜される。また、絶縁層８は、下部電極６，６間、光変調素子１，１間、上部電極５，５間で、それぞれ異なる絶縁材料を適用してもよく、さらに光変調素子１，１間において、磁化固定層３と中間層２、磁化自由層１１とのそれぞれに接する領域で異なる絶縁材料を適用してもよい。特に、絶縁層８は、下部電極６，６間および光変調素子１，１間において、屈折率が上部電極５（透明電極層５１）と同等以上の絶縁材料を適用されることが好ましい。なお、透明電極層５１や絶縁層８等の光透過性材料において、２種類の材料で屈折率が同等というのは、これらの２層が一体の媒質として作用する程度に屈折率が近似していることを指す（特許文献７参照）。このような構造により、上部電極５に沿って隣り合う光変調素子１，１間に進入した光が、上部電極５と絶縁層８の界面で反射せずに進入し易く、光変調していない反射光（出射光）によるコントラストの低下が抑制される。

（基板）
基板９は、光変調素子１および上下電極５，６を形成するための土台であり、公知の基板材料が適用できる。具体的には、ＳｉＯ₂（酸化ケイ素、ガラス）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、サファイア、ＧＧＧ（ガドリニウムガリウムガーネット）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、Ｇｅ（ゲルマニウム）単結晶基板等が挙げられる。本実施形態に係る空間光変調器１０においては、基板９は、屈折率が、下部電極６，６間の絶縁層８と同等以上の材料からなるものが好ましく、すなわち透明電極層５１と同等以上の材料からなるものが好ましい。このような構造により、下部電極６，６間に進入した光が、基板９の上面（絶縁層８との界面）で反射せずに進入し易く、光変調していない反射光（出射光）によるコントラストの低下が抑制される。また、空間光変調器１０において、基板９は、裏面（下面）に光を吸収する塗膜を被覆するように構成してもよい（図示せず）。

（空間光変調器の光変調動作）
第１実施形態に係る空間光変調器の光変調動作を、図３、適宜図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。本発明に係る空間光変調器１０は反射型であり、また、光変調素子１の磁化自由層１１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。図３に示すように、表示装置は、空間光変調器１０と、その上方に配置された、空間光変調器１０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から照射された光が空間光変調器１０に入射される前に１つの偏光成分の光にする偏光子ＰＦｉと、この入射光が空間光変調器１０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（検光子）ＰＦｏと、偏光子ＰＦｏを透過した光を検出する検出器ＰＤと、から構成される。なお、図３は模式図であり、空間光変調器１０について、破断線の左側にＹ方向に沿った断面図を、右側にＸ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と空間光変調器１０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。また、図３では、光路を見易く表すために、上部電極５、絶縁層８、および基板９にはハッチングを付さず、また、光変調素子１の磁化自由層１１および磁化固定層３にその磁化方向を表す黒塗り矢印を付す。

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空間光変調器１０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）。偏光子ＰＦｉ，ＰＦｏはそれぞれ偏光板等であり、特定の１つの偏光成分の光を完全に遮光する。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、この光を空間光変調器１０の手前の偏光子ＰＦｉを透過させて、１つの偏光成分（偏光子ＰＦｉで遮光される偏光成分と９０°異なる偏光成分）の光にし、この光が入射光Ｌ₀になる。検出器ＰＤはスクリーン等の画像表示手段である。

空間光変調器１０のすべての光変調素子１は、予め磁化固定層３が同じ磁化方向に固定され（初期設定）、ここでは上向きに固定されている。このような空間光変調器１０に入射した入射光Ｌ₀のうち、上部電極５を透過して光変調素子１に入射した入射光Ｌ₀は、光変調素子１で反射して、再び上部電極５を透過して出射する。この出射した光（出射光）Ｌ_P，Ｌ_APは、磁化自由層１１の磁化方向に応じて、入射光Ｌ₀に対して角度θ_P，θ_APで旋光した光である。光変調素子１において、入射光Ｌ₀は磁化自由層１１またはその下の中間層２で反射して出射するため、出射光Ｌ_P，Ｌ_APは、入射光Ｌ₀に対して磁化自由層１１の旋光角＋θ_freeまたは−θ_freeで旋光した光である。ここでは、磁化自由層１１の磁化方向が上向きのときに角度＋θ_freeで旋光するので、θ_P＝＋θ_free、θ_AP＝−θ_freeで表される（図２参照）。

また、上部電極５を透過して光変調素子１，１間の絶縁層８に入射した入射光Ｌ₀は、さらに下部電極６，６間も含め絶縁層８を透過し、基板９に入射し、裏面へ通り抜け（基板９の裏面に塗膜が被覆されている場合は塗膜に吸収され）、空間光変調器１０の上面からは出射しない。上部電極５，５間から光変調素子１，１間、下部電極６，６間の絶縁層８に入射した入射光Ｌ₀も同様である。

一方、下部電極６上で隣り合う光変調素子１，１間の絶縁層８に入射した入射光Ｌ₀は、下部電極６上の磁化固定層３（外部領域３ex）に到達し、この磁化固定層３またはその下の下部電極６で反射して出射する。この出射光Ｌ_neは、上向きの磁化方向に固定された磁化固定層３によって、入射光Ｌ₀に対して角度＋θ_pinで旋光した光である（図２参照）。なお、下部電極６上の磁化固定層３の形成されていない領域においては、磁化固定層３，３間（外部領域３ex，３ex間）の距離が入射光Ｌ₀の回折限界未満になるように形成されて、光が絶縁層８から直接に下部電極６に入射、反射しないように構成されている。したがって、空間光変調器１０では、光が変調せずに下部電極６で反射して出射することがない。

以上の通り、本実施形態に係る空間光変調器１０から出射する光は、下部電極６に沿った、光変調素子１および光変調素子１，１間からの出射光Ｌ_P，Ｌ_AP，Ｌ_neであり、空間光変調器１０から出射して偏光子ＰＦｏへ進入する。偏光子ＰＦｏは、入射光Ｌ₀に対して角度θ_P（＝＋θ_free）で旋光した光を完全に遮光するように配置されている。したがって、磁化方向が平行な光変調素子１で反射した出射光Ｌ_Pは、偏光子ＰＦｏで遮光されて検出器ＰＤに到達せず、その結果、検出器ＰＤに暗表示される（図中、黒く塗り潰して表す）。これに対して、磁化方向が反平行な光変調素子１で反射した出射光Ｌ_APは、出射光Ｌ_Pとの偏光の向きの差（|θ_AP−θ_P|＝２θ_free）に対応した光量で偏光子ＰＦｏを透過して、検出器ＰＤに入射し、明表示される（図中、白く表す）。一方、出射光Ｌ_neは、＋θ_pin≒＋θ_freeであるから、出射光Ｌ_Pと同様に、偏光子ＰＦｏで遮光されて検出器ＰＤに暗表示される。

このように、本実施形態に係る空間光変調器１０により、検出器ＰＤに入射する出射光は、磁化方向が反平行な光変調素子１に入射して反射した出射光Ｌ_APに限定され、光変調素子１，１間に入射した光は、空間光変調器１０から出射しない、または偏光子ＰＦｏで遮光されて検出器ＰＤに到達しない。したがって、本実施形態に係る空間光変調器１０は、光変調素子１の設けられていない領域から、明／暗（白／黒）の中間状態も含めて光が検出器ＰＤに入射せず、コントラストが良好である。

なお、磁化自由層１１と磁化固定層３が、同じ磁化方向で互いに逆向きに旋光させる場合は（＋θ_pin≒−θ_free）、＋θ_pin≒θ_APであるので、偏光子ＰＦｏが、入射光Ｌ₀に対して角度θ_AP（＝−θ_free）で旋光した光を完全に遮光するように配置されていればよい。したがって、磁化方向が平行な光変調素子１で反射した出射光Ｌ_Pが、検出器ＰＤに明表示される。このように、空間光変調器１０においては、磁化固定層３（外部領域３ex）の旋光角＋θ_pinを、光変調素子１の旋光角θ_P，θ_APの一方と略一致するように設計される。

また、図３においては、入射光Ｌ₀と出射光Ｌ_P，Ｌ_AP，Ｌ_neとの経路が異なるように入射光Ｌ₀の入射角を傾斜させて示しているが、入射角が大きいほど極カー効果が低下してコントラストが低下するため、３０°以内とすることが好ましく、膜面に垂直に入射、すなわち入射角を０°にすることが最も好ましい。入射角を０°にする場合は、入射光と出射光の光路が一致するため、例えば入射側の偏光子ＰＦｉと空間光変調器１０との間にハーフミラーを配置して、出射光のみを側方へ反射させてもよく、反射させた先に出射側の偏光子ＰＦｏおよび検出器ＰＤを配置する（図示せず）。

〔空間光変調器の製造方法〕
第１実施形態に係る空間光変調器の製造方法について、その一例を説明する。本実施形態に係る空間光変調器１０は、光変調素子１の成形（加工）を２回に分けて行う以外は、従来のスピン注入方式の空間光変調器の製造方法と同様に製造することができる。

（下部電極形成工程）
まず、下部電極６および下部電極６，６間の絶縁層８を形成する。基板９の表面に、ＳｉＯ₂等の絶縁膜を下部電極６の厚さに成膜する。この絶縁膜の上に、下部電極６が形成される領域を空けたレジストマスクを形成し、絶縁膜をエッチングして絶縁層８を成形して基板９を露出させる。この上から金属電極材料を成膜して、絶縁層８のエッチング跡に下部電極６を形成する。そして、レジストマスクをその上の金属電極材料ごと除去する。

（光変調素子形成工程）
次に、光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層８を形成する。下部電極６および下部電極６，６間の絶縁層８が形成された上に、光変調素子１の各層を構成する下地膜４１、磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１１、保護膜４２のそれぞれを形成するための金属膜や磁性膜を連続して成膜、積層する。次に、保護膜４２（金属膜）の上に、磁化固定層３が形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、保護膜４２から下地膜４１までをエッチングする。この上から絶縁膜を光変調素子１の厚さに成膜して、エッチング跡に埋め込み、レジストマスクをその上の絶縁膜ごと除去する。これらの工程により、光変調素子１のすべての層が磁化固定層３の外部領域３exを含めた平面視形状（図１（ａ）参照）に成形され、その周囲が絶縁膜で平坦に埋められる。次に、保護膜４２（金属膜）の上に、磁化自由層１１を形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、保護膜４２、磁化自由層１１、および中間層２、あるいはさらに磁化固定層３の上層部までを、周囲の絶縁膜と共にエッチングして、周囲に磁化固定層３を外部領域３exとして残存させた光変調素子１を成形する。この上から再び絶縁膜を光変調素子１の上面（保護膜４２）の高さまで成膜して、エッチング跡に埋め込んで絶縁層８を形成し、レジストマスクをその上の絶縁膜ごと除去する。

（上部電極形成工程）
次に、上部電極５および上部電極５，５間の絶縁層８を形成して、空間光変調器１０が製造される。光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層８が形成された上に、金属膜、透明電極材料を連続して成膜、積層する。次に、上部電極５が形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、透明電極材料をエッチングして透明電極層５１を成形し、引き続いて金属膜をエッチングして金属膜５２を成形する。この上から絶縁膜を成膜して、透明電極層５１等のエッチング跡に埋め込んで絶縁層８を形成し、レジストマスクをその上の絶縁膜ごと除去する。

（初期設定）
前記したように、空間光変調器１０は、初期設定として、すべての光変調素子１の磁化固定層３が同じ磁化方向に揃えられる。磁化固定層３は電流供給で磁化方向を変化させることができないので、空間光変調器１０に外部から磁界を上向きまたは下向きに印加することにより、磁化固定層３を所望の磁化方向にする。この初期設定は、完成した（製造後の）空間光変調器１０に限られず、その製造工程途中において、磁化固定層３を構成する磁性膜を成膜した後以降であれば、どの段階であっても実施することができる。

（空間光変調器の製造方法の別の例）
前記の空間光変調器１０の製造方法においては、光変調素子形成工程にて光変調素子１の各層を構成する材料を成膜した後に２回のエッチングにて成形したが、下部電極６の形成のように、先に絶縁膜（絶縁層８）を成膜、エッチングして、その後に光変調素子１の各層を構成する材料を成膜してもよい。詳しくは、下部電極６および下部電極６，６間の絶縁層８を形成した上に、ＳｉＯ₂等のエッチングレートの比較的速い絶縁膜を光変調素子１の厚さに成膜し、この絶縁膜の上に磁化固定層３が形成される領域を空けたレジストマスクを形成して、絶縁膜をエッチングして下部電極６を露出させる。そして、光変調素子１の各層を構成する材料を連続して成膜して、絶縁膜のエッチング跡に埋め込み、レジストマスクをその上の磁性膜等ごと除去する。その後、前記光変調素子形成工程の２段目の加工（磁化自由層１１および中間層２の成形）を行う。なお、絶縁膜のエッチングは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のようなエッチング選択性の高い方法で行い、絶縁膜を完全に除去しつつ、その下の下部電極６までエッチングされない（オーバーエッチングされない）ような条件に設定されることが好ましい。

また、下部電極形成工程において、はじめに、基板９上に下部電極６が形成される領域を空けたレジストマスクを形成し、その上に金属電極材料を成膜してリフトオフにて下部電極６を形成してもよい。この場合は、その後、全面に絶縁膜を成膜し、化学的機械研磨（ＣＭＰ）等で研削、研磨して、下部電極６を露出させる。同様に、上部電極形成工程においても、透明電極材料等を成膜する前に、上部電極５が形成される領域を空けたレジストマスクを形成し、リフトオフにて上部電極５を形成してもよい。

また、前記の空間光変調器１０の製造方法においては、光変調素子１を２段階に分けて加工、成形したが、２段目の加工（磁化自由層１１および中間層２の成形）を上部電極５と同時に成形することもできる。具体的には、前記の光変調素子形成工程で、光変調素子１のすべての層が磁化固定層３の外部領域３exを含めた平面視形状に成形し、その周囲を絶縁膜で平坦に埋めた後に、上部電極５を構成する金属膜および透明電極材料を連続して成膜する。次に、金属膜の上に上部電極５が形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、透明電極層５１、金属膜５２、ならびに光変調素子１の保護膜４２、磁化自由層１１、中間層２をエッチングして成形し、光変調素子１とする。そして、この上から絶縁膜を上部電極５の上面の高さまで成膜して、エッチング跡に埋め込んで絶縁層８を形成し、レジストマスクをその上の絶縁膜ごと除去する。このような製造方法で製造された空間光変調器１０は、平面視において、光変調素子１の磁化自由層１１および中間層２が、磁化固定層３の長手方向（下部電極６の延設方向）長が、上部電極５の幅と同じ長さに形成される。

〔第１実施形態の変形例〕
空間光変調器１０は、下部電極６上で隣り合う光変調素子１，１のそれぞれの磁化固定層３（外部領域３ex）同士の間隔が０、すなわち下部電極６上で光変調素子１毎に分離せずに連続して形成されていてもよい。磁化固定層３が下部電極６に沿って延設されて複数の光変調素子１で共有されていても、磁化自由層１１および中間層２が光変調素子１毎に分離して形成されているので、光変調素子１の磁化反転動作に影響はない。このような空間光変調器１０は、下部電極６の形成（下部電極形成工程）に連続して光変調素子１の各層の材料を成膜して製造することができる。

具体的には、はじめに、基板９上に、絶縁膜を下部電極６と光変調素子１の合計の厚さに成膜し、前記と同様に、下部電極６が形成される領域を空けたレジストマスクを形成して、絶縁膜をエッチングする。この絶縁膜（絶縁層８）のエッチング跡に金属電極材料を埋め込んで下部電極６を形成し、引き続いて、光変調素子１の各層を構成する下地膜４１、磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１１、保護膜４２のそれぞれを形成するための金属膜や磁性膜を連続して成膜、積層し、その後にレジストマスクを除去する。これらの工程により、下部電極６の上に、光変調素子１の各層が当該下部電極６と同一平面視形状で形成され、下部電極６，６間およびその上の光変調素子１の各層同士の間を絶縁膜（絶縁層８）で平坦に埋められている。その後、前記製造方法と同様に、保護膜４２、磁化自由層１１、および中間層２を加工して光変調素子１を成形し、上部電極５を形成して空間光変調器１０が得られる。あるいはさらに、光変調素子１の磁化自由層１１等の加工を、前記したように上部電極５と共に加工してもよい。

空間光変調器１０は、透明基板からなる基板９上に、上部電極５、光変調素子１、下部電極６、の順に形成して製造されてもよい。このような製造方法で得られる空間光変調器１０は、光変調素子１の磁化固定層３が、外部領域３exも含めて一様な厚さである。また、光変調素子１の各層の成膜順序も入れ替わるので、図２に示す金属膜４１，４２をそれぞれ保護膜４１、下地膜４２と称する。このような空間光変調器１０の製造方法について、その一例を以下に説明する。

（上部電極形成工程）
まず、上部電極５および上部電極５，５間の絶縁層８を形成する。基板９の表面に、透明電極材料、金属膜を連続して成膜、積層する。次に、上部電極５が形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、金属膜および透明電極材料をエッチングして、金属膜５２および透明電極層５１を成形して上部電極５を形成する。この上から絶縁膜を成膜して、エッチング跡に埋め込んで絶縁層８を形成し、レジストマスクをその上の絶縁膜ごと除去する。なお、透明電極材料を成膜する前に、基板９への密着性を得るために、下地に、金属膜５２のような光の入射を妨げない程度の薄い金属膜やＭｇＯ等の酸化物の膜を成膜してもよい。下地に金属膜を成膜した場合は、この金属膜を、透明電極材料（透明電極層５１）と共にエッチングにて完全に除去するようにする。

（光変調素子形成工程、下部電極形成工程）
次に、光変調素子１、下部電極６、ならびに光変調素子１，１間、下部電極６，６間の絶縁層８を形成する。上部電極５および上部電極５，５間の絶縁層８が平坦に形成された上に、絶縁膜を、光変調素子１の下地膜４２、磁化自由層１１、中間層２の合計の厚さに成膜する。この絶縁膜の上に、磁化自由層１１を形成される領域を空けたレジストマスクを形成して、絶縁膜をエッチングする。絶縁膜のエッチングは、上部電極５の金属膜５２をエッチングストッパ膜にして、ＲＩＥのようなエッチング選択性の高い方法で行う。そして、下地膜４２、磁化自由層１１、中間層２のそれぞれを形成するための金属膜や磁性膜を連続して成膜して、絶縁膜のエッチング跡に埋め込み、レジストマスクをその上の磁性膜等ごと除去する。これらの工程により、光変調素子１の磁化自由層１１および中間層２が形成され、その周囲が絶縁膜で平坦に埋められる。この上に、磁化固定層３を構成する磁性膜、および金属膜（保護膜４１）を連続して成膜する。このとき、中間層２と磁化固定層３との密着性を得るために、スパッタ装置にて、磁性膜（磁化固定層３）を成膜する前に、Ａｒ，Ｋｒ等のプロセスガスのイオンやプラズマによるクリーニングを中間層２の表面に行うことが好ましい。

金属膜の上に、下部電極６を形成される領域を空けたレジストマスクを形成して、この上から金属電極材料を成膜して下部電極６を形成し、レジストマスクをその上の金属電極材料ごと除去する。次に、下部電極６をマスクにして、金属膜、磁性膜を順次エッチングして、保護膜４１および磁化固定層３を成形して光変調素子１が形成される。このとき、磁性膜（磁化固定層３）を完全に除去し、その下の中間層２，２間、さらには磁化自由層１１，１１間の絶縁層８まで除去してもよいが、上部電極５まで除去しないようにする。そして、絶縁膜を成膜して、エッチング跡および下部電極６，６間に埋め込んで絶縁層８を形成し、その後に必要に応じて、下部電極６上の絶縁膜をＣＭＰ等で研削、研磨して平坦化して空間光変調器１０が得られる。

このような製造方法で製造された空間光変調器１０は、磁化固定層３が光変調素子１毎に分離せずに連続して下部電極６に沿って延設された前記変形例になる。あるいは、磁化固定層３および保護膜４１を構成する各材料を成膜した後、金属膜（保護膜４１）上に、磁化固定層３を形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、金属膜および磁性膜をエッチングして光変調素子１毎に分離した磁化固定層３を成形することもできる。その後、絶縁膜を成膜してエッチング跡に絶縁層８を埋め込んで、レジストマスクを除去する。そして、下部電極６および下部電極６，６間の絶縁層８を形成して空間光変調器１０が得られる。

このように、各層の成膜順序を入れ替えて、磁化固定層３を成膜する前に磁化自由層１１および中間層２を成形する場合は、中間層２の上面（磁化固定層３の側）が一時的に露出するので、中間層２に非磁性金属の中でも酸化し難いＣｕ等を適用することが好ましい。一方で、磁化自由層１１を成形してから磁化固定層３を成膜することにより、磁化固定層３への加工ダメージが軽減される。また、光変調素子形成工程においてはじめに成膜される絶縁膜（中間層２，２間、磁化自由層１１，１１間の絶縁層８）に、Ｓｉ窒化物やＭｇＦ₂等の非酸化物を適用することにより、磁化自由層１１や磁化固定層３にＲＥ−ＴＭ合金を適用することができる。これは、磁化自由層１１の側面、および磁化固定層３の外部領域３exにおける上面（製造時は下面）に、ＳｉＯ₂等の酸化膜が接触しないことによる。なお、磁化固定層３は、ＲＥ−ＴＭ合金を適用された場合には、Ｙ方向（下部電極６の幅方向）にも、下部電極６の上において磁化自由層１１の外側へ拡張して形成されることが好ましい。磁化固定層３が磁化自由層１１の外側の四方すべてに拡張されていることにより、加工時において、また、側面に接触する絶縁層８がＳｉＯ₂等の酸化膜であっても、磁化自由層１１を積層した領域まで保磁力等の特性が劣化せず、光変調素子１の磁化反転動作に影響し難い。したがって、磁化固定層３，３間の絶縁層８にはＳｉＯ₂等の酸化膜が適用されてもよい。また、光変調素子１の形成前（磁性膜の成膜前）であればポストアニール等の高温の熱処理を施すことができるので、透明電極層５１にＩＴＯ等の結晶性の透明電極材料を適用して、上部電極５の抵抗を低減することができる。

空間光変調器１０は、基板９（光の入射面の反対側に設けられるもの）が透明基板に限られず、例えば表面を熱酸化したＳｉ基板を適用されてもよい。この場合、下部電極６，６間の絶縁層８に入射した光が基板９（熱酸化膜）との界面、あるいは基板９表面の熱酸化膜（ＳｉＯ₂膜）とＳｉ母材との界面で反射し易いため、絶縁層８を、下から、高屈折率材料、低屈折率材料を積層した２層構造として、光を高屈折率材料の層内で多重反射させて減衰させる（特許文献７参照）。このような２層構造は、下部電極６，６間に入射する光の光路に設けられていればよいので、下部電極６，６間の絶縁層８を前記２層構造としたり、あるいは下部電極６，６間の絶縁層８を高屈折率材料で形成して、光変調素子１，１間および上部電極５，５間を低屈折率材料で形成してもよい（図示省略）。基板９が低屈折率の透明基板で、表面で光が反射し易い場合も、同様に絶縁層８で多重反射させて減衰させることができる。

〔第１実施形態の光変調素子がＴＭＲ素子からなる変形例〕
また、本実施形態に係る空間光変調器は、光変調素子としてＴＭＲ素子を適用することもできる。図４に示すように、ＴＭＲ素子からなる光変調素子１Ａは、非磁性金属膜からなる中間層２に代えて、厚さ２ｎｍ以下の極めて薄い絶縁膜（障壁層２Ａ）を備える。障壁層２Ａは、詳しくは、その材料としてＭｇＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＨｆＯ₂が挙げられ、厚さが０．６〜２ｎｍ程度に形成される。そのため、光変調素子１Ａに入射した光は、磁化自由層１１、障壁層２Ａを透過してその下の磁化固定層３に入射し、磁化固定層３またはさらにその下の下部電極６で反射して出射する。したがって、光変調素子１Ａからの出射光は、磁化自由層１１だけでなく、磁化固定層３によっても変調され、その旋光角θ_P，θ_APは、θ_P＝＋θ_free＋θ_pin、θ_AP＝−θ_free＋θ_pinで表される。

そこで、光変調素子１Ａにおいては、磁化固定層３を外部領域３exにおいて薄く形成して、その旋光角θ_exを調整する。具体的には、磁化自由層１１と磁化固定層３が、同じ磁化方向（平行）で同じ向きに旋光し、かつ磁化固定層３の方が旋光角が大きい場合（０°＜＋θ_free＜＋θ_pin）において、０°＜θ_AP＜＋θ_pin＜θ_Pであるから、磁化固定層３は、外部領域３exにおける旋光角＋θ_exが旋光角θ_AP（＝−θ_free＋θ_pin）に略一致するように（＋θ_ex≒＝−θ_free＋θ_pin）薄く形成される。このように構成することで、空間光変調器１０は、ＴＭＲ素子からなる光変調素子１Ａを搭載して、良好なコントラストを示す。

光変調素子１Ａを搭載した空間光変調器１０は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子からなる光変調素子１を搭載した場合と同様の構成である。ただし、絶縁層８が、光変調素子１Ａ，１Ａ間、少なくとも障壁層２Ａ，２Ａ間において、ＭｇＯ等の障壁層２Ａと同じ絶縁材料、または特に絶縁性の高いＳｉＯ₂で形成されていることが好ましい。これは、磁化自由層１１の端部から磁化固定層３に絶縁層８を介してリーク電流が流れることを抑制するためである。なお、磁化自由層１１と磁化固定層３の旋光角の大きさが近い場合は（|θ_free|≒|θ_pin|）、光変調素子１Ａの旋光角θ_P，θ_APのいずれか一方がほぼ０°になるため、磁化自由層１１および磁化固定層３のいずれにも入射せずに下部電極６等で反射した、光変調していない出射光を、偏光子ＰＦｏで遮光することができる。

〔第１実施形態のトランジスタを備えた変形例〕
光変調素子（スピン注入磁化反転素子）毎にトランジスタを接続した、選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同じ回路構造の空間光変調器についても、コントラストを向上させることができる。このような空間光変調器は、ＭＲＡＭと同様、表層にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を形成した基板の上に、トランジスタに接続する配線（ソース線、ワード線）を金属電極材料で形成し、さらにその上に、光変調素子およびその上下電極が設けられる。上部電極は、ＭＲＡＭにおけるビット線に相当し、電流源から直接に光変調素子へ電流を供給するために配線状に形成されるが、下部電極は、光変調素子をトランジスタのドレインに接続するために、光変調素子毎に離間して設けられる。したがって、第１実施形態に係る空間光変調器とは異なり、下部電極が光変調素子同士の間に設けられていないので、光変調素子に入射せずに下部電極で反射する光は存在しないことになる。一方、下部電極の下方では、絶縁層を挟んで金属電極材料で多層配線（ソース線、ワード線）が設けられ、さらに基板は表層に結晶Ｓｉ等でＭＯＳＦＥＴが形成されているため、光が反射し易い。これらの反射光が出射することを抑制するためには、多層配線の層間絶縁膜や光変調素子同士の間の絶縁層を、下から高屈折率材料と低屈折率材料とを積層した２層構造にすること（特許文献７参照）が考えられるが、絶縁層の材料によらず、第１実施形態に係る空間光変調器と同様に、光変調素子の磁化固定層で光変調した光を出射させてもよい。以下、本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器について、図５を参照して説明する。第１実施形態および前記変形例（図１〜４参照）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。

本発明の第１実施形態の変形例に係る空間光変調器１０Ａは、第１実施形態に係る空間光変調器空間光変調器１０（図３参照）と同様に、光変調素子１を２次元配列した反射型の空間光変調器であり、上部電極５を透過して入射光Ｌ₀が光変調素子１に入射、反射して出射する。空間光変調器１０Ａは、光変調素子１毎にトランジスタを接続した、選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同じ回路構造であり、ＭＲＡＭにおける選択したメモリセルへの書込みと同様に、所望の画素を選択して、光変調素子１の磁化自由層１１の磁化方向を反転させる。このような構造の空間光変調器１０Ａは、図５に示すように、表層にＭＯＳＦＥＴでトランジスタを形成した基板９Ａを備え、その上方に光変調素子１が配列され、光変調素子１と前記トランジスタのドレイン９ｄとを接続する下部電極６Ａが当該光変調素子１毎に設けられ、上部電極５が第１実施形態と同様に光変調素子１の上に接続されてＹ方向に延設されている。さらに、空間光変調器１０Ａは、トランジスタのソース９ｓに接続するソース線７１と、ソース線７１と直交してゲート９ｇに接続するゲート線（ワード線）７２と、を備え、これらの間が光変調素子１，１間等と同様に絶縁層８で絶縁される。図５（ａ）では、ソース線７１が空間光変調器１０の下部電極６と同様にＸ方向に延設し、ゲート線７２がＹ方向に延設し、それぞれ下部電極６Ａと同様に金属電極材料で形成される。

（光変調素子）
光変調素子１は、図２に示す光変調素子１と同様の構造である。ただし、本変形例に係る空間光変調器１０Ａに搭載された光変調素子１は、図５（ａ）に示すように、平面視において、磁化固定層３が磁化自由層１１および中間層２の外側の四方すべてに拡張され、Ｘ方向またはＹ方向に隣り合う磁化固定層３，３間（外部領域３ex，３ex間）の距離が入射光Ｌ₀の回折限界未満になるように形成されている。このような構成により、光変調素子１（磁化自由層１１）に入射しない光がすべて磁化固定層３（外部領域３ex）へ入射する。また、磁化固定層３は、下部電極６Ａの最上層の部位である接続層６ｆ（図５（ｂ）参照）と同一平面視形状に形成され、接続層６ｆに合わせて左側に偏って長く形成されている。なお、空間光変調器１０Ａは、図４に示す光変調素子１Ａを搭載することもできる。

（電極、配線）
上部電極５は、第１実施形態に係る空間光変調器１０の上部電極５と同様の光を透過する配線で、選択トランジスタ型のＭＲＡＭにおけるビット線に相当する。下部電極６Ａは、第１実施形態の下部電極６と同様に光変調素子１の下面に接続して上部電極５と対の電極として電流を供給する。下部電極６Ａ、ならびにソース線７１およびゲート線７２（適宜まとめて、配線７１，７２）は、下部電極６と同様に一般的な金属電極材料で形成される。

下部電極６Ａは、光変調素子１毎に設けられ、光変調素子１の直下から下側の絶縁層８を貫通して、基板９Ａの表層に形成されたトランジスタのドレイン９ｄに接続する。この、下部電極６Ａにおける光変調素子１に直接に接続する最上層の部位を接続層６ｆと称する（図５（ｂ）参照）。接続層６ｆは、平面視で光変調素子１（磁化自由層１１および中間層２）の外側に拡張して大きく形成され、特に左側に偏って長く形成されている。接続層６ｆのこのような形状は、下部電極６Ａにおいて接続層６ｆの下に接続するコンタクト部が、光変調素子１の直下を避けて形成されているためであり、その結果、光変調素子１の形成される領域にコンタクト部（下部電極６Ａ）と絶縁層８との境界の微小な段差がなく、光変調素子１の各層の界面の平滑性が損なわれず、磁化反転特性に影響しない。さらに、接続層６ｆは磁化固定層３と同一平面視形状であるため、Ｘ方向またはＹ方向に隣り合う光変調素子１，１のそれぞれに接続する接続層６ｆ，６ｆ間の距離が入射光の回折限界未満であることが好ましく、加工精度に応じて、短絡しない程度に離間して設けられる。一方、下部電極６Ａの前記コンタクト部等の接続層６ｆ以外の下層の部位は、配線７１，７２等に短絡しないような形状に形成される。

（絶縁層）
絶縁層８は、空間光変調器１０Ａの間隙を埋めるように、隣り合う光変調素子１，１間、上部電極５，５間、ならびに下部電極６Ａや配線７１，７２の互いの間を絶縁するために設けられる。絶縁層８は、第１実施形態と同様、公知の無機絶縁材料を適用することができる。さらに、空間光変調器１０Ａにおいては、光変調素子１を形成する前（各層を構成する磁性膜等を成膜される前）に設けられる、配線７１，７２間等の絶縁層８は、半導体装置の層間絶縁膜に適用されるＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）やＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）を適用されてもよい。これらの絶縁膜は、熱処理（ＢＰＳＧで約８００℃）により平坦化（リフロー）されるので、配線７１，７２および下部電極６Ａの形成における生産性が向上する。

（基板）
基板９Ａは、光変調素子１等を形成するための土台であり、さらに空間光変調器１０Ａにトランジスタを備えるための基板である。このような基板９Ａは、ｐ型Ｓｉ基板や結晶Ｓｉ膜を成膜したガラス基板等に、公知の方法でＭＯＳＦＥＴを形成したものである。

（空間光変調器の光変調動作）
第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調動作を説明する。本変形例に係る空間光変調器１０Ａを用いた表示装置（図示省略）は、図３に示す第１実施形態と同様の構成であり、光学系ＯＰＳおよび偏光子ＰＦｉにより、１つの偏光成分の入射光Ｌ₀が空間光変調器１０Ａに上方から入射する。上部電極５を透過して光変調素子１に入射した入射光Ｌ₀は、光変調素子１で反射して、磁化自由層１１の磁化方向によって、入射光Ｌ₀に対して角度θ_P（＝＋θ_free）またはθ_AP（＝−θ_free）で旋光した光（出射光Ｌ_P，Ｌ_AP）となって出射する。一方、光変調素子１，１間の絶縁層８に入射した光は、上部電極５を透過したものも、上部電極５，５間の絶縁層８を透過したものも、下部電極６Ａ上の磁化固定層３（外部領域３ex）に到達し、この磁化固定層３またはその下の下部電極６Ａで反射して出射するため、入射光Ｌ₀に対して角度＋θ_pinで旋光した光（出射光Ｌ_ne）となって出射する。なお、下部電極６Ａ，６Ａ間は、この距離が入射光Ｌ₀の回折限界未満になるように形成されていることで、光が下部電極６Ａ，６Ａ間の絶縁層８に進入しない。

このように、本変形例に係る空間光変調器１０Ａから出射する出射光Ｌ_P，Ｌ_AP，Ｌ_neは、いずれも変調されて入射光Ｌ₀に対して角度＋θ_free，−θ_free，＋θ_pin（≒＋θ_free）で旋光した光である。したがって、第１実施形態と同様に、入射光Ｌ₀に対して角度＋θ_free（≒＋θ_pin）で旋光した出射光Ｌ_P，Ｌ_neを遮光する偏光子ＰＦｏにより、磁化方向が反平行な光変調素子１に入射して反射した出射光Ｌ_APのみが偏光子ＰＦｏを透過して検出器ＰＤで明表示され、コントラストが良好である。

〔空間光変調器の製造方法〕
第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の製造方法について、その一例を説明する。本変形例に係る空間光変調器１０Ａは、第１実施形態に係る空間光変調器の製造方法の別の例として説明した、光変調素子の１段目の成形を下部電極（接続層）の成形と共に行って製造することができる。はじめに、トランジスタとしてＭＯＳＦＥＴを備える基板９Ａを製造する工程と、トランジスタに接続する配線７１，７２および下部電極６Ａ（接続層６ｆを除く）を形成する工程について説明する。

（配線形成工程）
ＭＯＳＦＥＴを備える基板９Ａは、半導体装置の形成と同様に得られ、Ｓｉ基板の表層にＭＯＳＦＥＴでトランジスタを形成して、基板９Ａを製造する。一例としては、ｐ型シリコン（Ｓｉ）基板に、隣り合うトランジスタ間（ソース９ｓまたはドレイン９ｄとなるｎ⁺拡散層が形成される領域同士の間）を絶縁するＳｉＯ₂の埋込みを行い、表面に薄い酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成し、その上にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を成膜してゲート９ｇを形成する。ｎ型不純物イオンを注入して、ソース９ｓおよびドレイン９ｄとする。

基板９Ａ上に、絶縁膜（絶縁層８）の成膜およびその加工、ならびに金属電極材料の成膜を交互に繰り返し行って、基板９Ａに形成したトランジスタのソース９ｓ、ゲート９ｇ、ドレイン９ｄに接続するソース線７１、ゲート線７２、下部電極６Ａ（接続層６ｆを除く）、およびこれらの間を埋める絶縁層８を形成する。そして、必要に応じてＣＭＰ等で研削、研磨して、下部電極６Ａの接続層６ｆに接続するコンタクト部のみを露出させるように、絶縁層８を平坦に形成する。

（下部電極、光変調素子形成工程）
次に、下部電極６Ａの接続層６ｆおよび光変調素子１の各層、ならびにこれらの間の絶縁層８を形成する。下部電極６Ａのコンタクト部および絶縁層８の上に、厚さ１〜５ｎｍ程度のＭｇＯ等のエッチングレートの遅い絶縁膜（エッチングストッパ膜）と、前記エッチングストッパ膜よりもエッチングレートの速いＳｉＯ₂等の絶縁膜を、これら２層で接続層６ｆと光変調素子１との合計の厚さに成膜する。この絶縁膜の上に、接続層６ｆおよび磁化固定層３が形成される領域を空けたレジストマスクを形成し、ＲＩＥのようなエッチング選択性の高い方法でＳｉＯ₂膜を完全に除去した後、イオンビームミリング法等でＭｇＯ膜をエッチングして、下部電極６Ａのコンタクト部を露出させる。この上から金属電極材料を成膜して、コンタクト部に接続する接続層６ｆを絶縁膜のエッチング跡に形成する。引き続いて、光変調素子１の各層を構成する下地膜４１、磁化固定層３、中間層２、磁化自由層１１、保護膜４２（図２参照）のそれぞれを形成するための金属膜や磁性膜を連続して成膜、積層する。そして、レジストマスクをその上の金属電極材料等ごと除去する。これらの工程により、下部電極６Ａが形成され、下部電極６Ａの接続層６ｆ上に、光変調素子１のすべての層が接続層６ｆと同一平面視形状に形成され、その周囲が絶縁膜で平坦に埋められる。

次に、第１実施形態と同様に、保護膜４２（金属膜）の上の磁化自由層１１を形成される領域を被覆するレジストマスクを形成し、保護膜４２、磁化自由層１１、中間層２、あるいはさらに磁化固定層３の上部までを、周囲の絶縁膜と共にエッチングして、光変調素子１を成形する。この上から絶縁膜を光変調素子１の上面（保護膜４２）の高さまで成膜して、エッチング跡に埋め込んで絶縁層８を形成し、レジストマスクをその上の絶縁膜ごと除去する。

（上部電極形成工程）
第１実施形態と同様に、上部電極５および上部電極５，５間の絶縁層８を形成して、空間光変調器１０Ａが製造される。

このように、下部電極６Ａの接続層６ｆと光変調素子１の磁化固定層３とが同一平面視形状に設計されることで、これらを同じレジストマスクで成形することができ、２段階で成形される光変調素子１を備える空間光変調器１０Ａを、工程数の増大を抑えて製造することができる。本変形例に係る空間光変調器１０Ａは、第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様に、外部磁界を印加して初期設定を行う。

あるいは、接続層６ｆを含めた下部電極６Ａの全体を基板９Ａ上に形成して、接続層６ｆを露出させて絶縁層８で平坦に形成し、この上に、第１実施形態に係る空間光変調器１０の製造方法における光変調素子形成工程と同様に、光変調素子１および光変調素子１，１間の絶縁層８を形成することもできる。この場合、接続層６ｆと光変調素子１の磁化固定層３とは、平面視形状が一致しなくてもよい。あるいは、前記と同様に基板９Ａ上に下部電極６Ａの接続層６ｆを露出させて形成し、透明基板からなる別の基板９（図示せず）上に、上部電極５、光変調素子１、および下部電極６Ａの接続層６ｆをこの順に形成したものを、接続層６ｆ，６ｆ同士が接合するように公知の方法で貼り合わせてもよい。基板９上に、上部電極５、光変調素子１、接続層６ｆの順に形成する製造方法は、前記の変形例の通りである。また、それぞれの要素を形成した基板９Ａと基板９とを貼り合わせる方法は、Ｃｕ，Ａｕ等の金属電極材料同士による熱圧着、原子拡散接合、表面活性化接合が挙げられる。

以上のように、本発明の第１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、光変調素子の磁化固定層を外側へ拡張させて、光を反射させ易い下部電極上に設けることにより、光変調素子同士の間に入射して下部電極で反射した光が、光変調素子で変調した出射光の偏光の向きに合わせて変調されるため、中間調の光が出射することなく、明暗のコントラストが良好である。

〔第２実施形態〕
第１実施形態およびその変形例においては、下部電極の上に拡張して形成された磁化固定層が、その旋光角を、光変調素子の２値の旋光角の一方に合わせるように設計されたが、２値の旋光角と異なる旋光角であっても、多重反射による増幅の程度を調整することによって、空間光変調器からの出射光において偏光の向きを合わせることができる。以下、本発明の第２実施形態に係る空間光変調器について、図６、図７を参照して説明する。第１実施形態およびその変形例（図１〜５参照）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。

本発明の第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂ（図７参照）は、光変調素子１に代えて光変調素子１Ｂを２次元配列し、絶縁層８に代えて絶縁層８Ａが設けられている以外は、図１に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０と同じ構造である。すなわち空間光変調器１０Ｂは、クロスポイント型のＭＲＡＭと同じ回路構造であり、また、反射型の空間光変調器で、上部電極５を透過して入射光Ｌ₀が光変調素子１Ｂに入射、反射して出射する。以下、本実施形態に係る空間光変調器を構成する各要素を、特に第１実施形態およびその変形例と異なるものについて詳細に説明する。

（光変調素子）
光変調素子１ＢはＴＭＲ素子であり、図６に示すように、下から、磁化固定層３、障壁層２Ａ、磁化自由層１１が積層され、各層はそれぞれ第１実施形態およびその変形例に係る空間光変調器１０に搭載された光変調素子１，１Ａ（図２、図５参照）と同様の構成である。ただし、光変調素子１Ｂは、磁化固定層３が、外部領域３exも含めて一様な厚さであり、また、平面視において、障壁層２Ａと磁化固定層３とが同一形状で、磁化自由層１１の外側へ拡張して形成されている。また、磁化固定層３および障壁層２Ａは、Ｙ方向（下部電極６の幅方向）にも、下部電極６の上において磁化自由層１１の外側へ拡張して形成されることが好ましい。

このように、光変調素子１Ｂにおいて、障壁層２Ａが磁化固定層３と共に磁化自由層１１の外側の四方すべてに拡張されていることにより、磁化自由層１１の端部から磁化固定層３に絶縁層８Ａを介してリーク電流が流れることを抑制することができる。また、第１実施形態の変形例にて説明したように、磁化固定層３がＴｂＦｅＣｏ等の酸化し易い磁性材料を適用されても、加工時において、また、側面に接触する絶縁層８ＡがＳｉＯ₂等の酸化膜であっても、磁化自由層１１を積層した領域まで保磁力等の特性が劣化せず、光変調素子１Ｂの磁化反転動作に影響し難い。なお、磁化固定層３は、外部領域３exにおいて、上面が障壁層２Ａに接触しているが、例えばＭｇＯは酸化膜の中でも比較的Ｏ（酸素）を放出し難く、ＲＥ−ＴＭ合金で形成されている場合も劣化し難い。

（電極）
上部電極５および下部電極６は、それぞれ第１実施形態に係る空間光変調器１０における上下電極５，６と同様の構成とすることができる。さらに本実施形態においては、高屈折率の透明電極層５１を備える上部電極５について、上面でまたはその上に設けた低屈折率の絶縁材料からなる保護膜（図示省略）との界面で光変調素子１Ｂに多重反射させて、光変調素子１Ｂの旋光角が累積、増幅される構成にすることが好ましい（特許文献４，５，６参照）。

（絶縁層）
絶縁層８Ａは、第１実施形態に係る空間光変調器１０の絶縁層８と同様、公知の無機絶縁材料を適用することができる。さらに本実施形態においては、図７に示すように、絶縁層８Ａは、上部電極５，５間からその下の光変調素子１Ｂ，１Ｂ間まで、詳しくは磁化自由層１１，１１間までにおいて、下から高屈折率層８１、低屈折率層８２の屈折率の異なる絶縁材料を積層した２層構造とすることが好ましい。例えば図７においては、下部電極６，６間および光変調素子１Ｂ，１Ｂ間に高屈折率層８１を備え、上部電極５，５間に下から高屈折率層８１、低屈折率層８２を積層して備える。あるいは、上部電極５，５間および光変調素子１Ｂ，１Ｂ間の全体を高屈折率層８１とし、空間光変調器１０Ｂの上面に低屈折率の絶縁材料からなる保護膜を設けてもよい（図示せず）。このような構造により、後記するように、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間から下部電極６上の磁化固定層３（外部領域３ex）に入射して反射した光が多重反射して出射する。

高屈折率層８１としてはＳｉ窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄等、屈折率２．０〜２．６）、ＴｉＯ₂（屈折率２．５）、ＺｒＯ（屈折率２．４）等が、低屈折率層８２としてはＳｉＯ₂（屈折率１．４６）、ＭｇＦ₂（屈折率１．３８）等が、それぞれ挙げられるが、高屈折率層８１と低屈折率層８２の屈折率の差が十分に大きければよい。また、高屈折率層８１、低屈折率層８２はそれぞれ、一体の媒質として作用する程度に屈折率が近似している絶縁材料であれば、１種類の絶縁材料で形成されていなくてよい。

（空間光変調器の光変調動作）
第２実施形態に係る空間光変調器の光変調動作を、図７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。図７は模式図であり、空間光変調器１０Ｂについて、図３と同様に、破断線の左側にＹ方向に沿った断面図を、右側にＸ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と空間光変調器１０Ｂ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。また、図７では、光路を見易く表すために、上部電極５、絶縁層８Ａ（８１，８２）、および基板９にはハッチングを付さず、また、光変調素子１Ｂの磁化自由層１１および磁化固定層３にその磁化方向を表す黒塗り矢印を付す。

表示装置は、第１実施形態（図３参照）と同様の構成であり、光学系ＯＰＳおよび偏光子ＰＦｉにより、１つの偏光成分の入射光Ｌ₀が空間光変調器１０Ｂに上方から入射する。一方、偏光子ＰＦｏＡは、入射光Ｌ₀に対して角度θ_APで旋光した光を完全に遮光するように配置される。上部電極５を透過して光変調素子１Ｂに入射した入射光Ｌ₀は、光変調素子１Ｂまたはその下の下部電極６で反射して、再び上部電極５を透過して、磁化自由層１１の磁化方向によって入射光Ｌ₀に対して角度θ_Pまたはθ_APで旋光した光（出射光Ｌ_P，Ｌ_AP）となって、出射する。

光変調素子１Ｂでの１回の反射による旋光角は、第１実施形態の変形例における光変調素子１Ａ（図４参照）と同様、（＋θ_free＋θ_pin）または（−θ_free＋θ_pin）である。ただし、本実施形態においては、出射光Ｌ_P，Ｌ_APは、上部電極５（透明電極層５１）の上面と光変調素子１Ｂとの間で多重反射するため、光変調素子１Ｂによる旋光を１回および２、３、・・・、ｎ回繰り返して出射したそれぞれの光が合成された光である。その結果、旋光角θ_P，θ_APが光変調素子１Ｂの旋光角（＋θ_free＋θ_pin）、（−θ_free＋θ_pin）のａ倍（ａ＞１）に増幅されている（特許文献６参照）。

一方、下部電極６上で隣り合う光変調素子１Ｂ，１Ｂ間の絶縁層８Ａに入射した入射光Ｌ₀は、下部電極６上の磁化固定層３（外部領域３ex）に到達し、この磁化固定層３またはその下の下部電極６で反射して出射する。磁化固定層３での１回の旋光角は（＋θ_pin）であるが、出射光Ｌ_neは、上部電極５，５間または光変調素子１Ｂ，１Ｂ間における高屈折率層８１と低屈折率層８２の界面と磁化固定層３との間で多重反射するため、磁化固定層３による旋光を繰り返して出射した光が合成された光である。その結果、出射光Ｌ_neは、磁化固定層３の旋光角（＋θ_pin）のｂ倍（ｂ＞１）の角度で旋光した光となる。

例えば磁化自由層１１と磁化固定層３が、同じ磁化方向（平行）で同じ向きに旋光し、かつ磁化固定層３の方が旋光角が大きい場合（＋θ_free＜＋θ_pin）、０°＜−θ_free＋θ_pin＜＋θ_pin＜＋θ_free＋θ_pinである。そこで、出射光Ｌ_neの偏光の向きを例えば出射光Ｌ_APに合わせるためには、θ_AP＝ａ×(−θ_free＋θ_pin)≒ｂ×(＋θ_pin)を満足するａ，ｂ（ａ＞ｂ）になるように、空間光変調器１０Ｂにおける上部電極５（透明電極層５１）および絶縁層８Ａ（高屈折率層８１、低屈折率層８２）のそれぞれの構造（屈折率、厚さ）が設計される。このような構成により、出射光Ｌ_neは、出射光Ｌ_APと同様に偏光子ＰＦｏＡで遮光され、磁化方向が平行な光変調素子１Ｂに入射して反射した出射光Ｌ_Pのみが偏光子ＰＦｏＡを透過して検出器ＰＤに入射する。なお、光変調素子１Ｂからの出射光Ｌ_P，Ｌ_APについては、多重反射による光量の減衰が抑制されるように、上部電極５が設計されることが好ましい。一方、出射光Ｌ_neは、旋光角が出射光Ｌ_APの旋光角θ_APに略一致すればよく、光量は問わないが、旋光角θ_APとの差が大きいほど減衰されている方がより好ましい（特許文献６，７参照）。

なお、上部電極５または上部電極５，５間の絶縁層８Ａを透過して、光変調素子１Ｂ，１Ｂ間、さらに下部電極６，６間の絶縁層８Ａに入射した入射光Ｌ₀は、第１実施形態と同様に、絶縁層８Ａから基板９に入射するため、空間光変調器１０Ｂの上面からは出射しない。

空間光変調器１０Ｂは、出射光Ｌ_neの偏光の向きを出射光Ｌ_Pに合わせるために、θ_P＝ａ×(＋θ_free＋θ_pin)≒ｂ×(＋θ_pin)を満足するａ，ｂ（ａ＜ｂ）になるように設計されてもよい。この場合、表示装置は、入射光Ｌ₀に対して角度θ_Pで旋光した光を完全に遮光する偏光子ＰＦｏが配置される。また、出射光Ｌ_neの偏光の向きが出射光Ｌ_P，Ｌ_APのいずれか一方に略一致していれば、空間光変調器１０Ｂは、出射光Ｌ_P，Ｌ_APまたは出射光Ｌ_neについて、多重反射させない構成としてもよい（ａ＝１またはｂ＝１）。

〔空間光変調器の製造方法〕
第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂは、第１実施形態に係る空間光変調器の製造方法と同様に製造することができる。ただし、光変調素子形成工程において、２段目の加工で保護膜４２および磁化自由層１１をエッチングして完全に除去するが、障壁層２Ａはより多く残存させることが好ましい。磁化固定層３の外部領域３ex上における障壁層２Ａの厚さが薄過ぎる（エッチング量が多い）と、磁化自由層１１の側面に接する絶縁層８Ａの材料によっては、磁化自由層１１の端部から磁化固定層３にリーク電流が流れる虞がある。また、特に磁化固定層３が耐熱性に劣るＲＥ−ＴＭ合金で形成されている場合は、障壁層２Ａのエッチング量が多いほど、磁化固定層３（外部領域３ex）への加工ダメージが大きくなるので好ましくない。

〔第２実施形態の変形例〕
第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂは、第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様に、基板９に表面を熱酸化したＳｉ基板や低屈折率の透明基板を適用されてもよく、この場合は下部電極６，６間の絶縁層８Ａ等を２層構造にして、光を多重反射させて減衰させる。また、空間光変調器１０Ｂは、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器１０Ａ（図５参照）と同様に、光変調素子１Ｂ毎にトランジスタを接続した選択トランジスタ型のＭＲＡＭと同じ回路構造の空間光変調器とすることができる。

第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂは、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子からなる光変調素子１（ただし、|θ_pin|≠|θ_free|）を搭載してもよい。この場合は、θ_P＝ａ×(＋θ_free)≒ｂ×(＋θ_pin)、またはθ_AP＝ａ×(−θ_free)≒ｂ×(＋θ_pin)を満足するａ，ｂに設計される。また、磁化固定層３の外部領域３exから所定の旋光角（＋θ_pin）で旋光した光を出射するように、光変調素子１の中間層２が、外部領域３ex上において光を十分に透過する厚さであることが好ましい。そのために、光変調素子形成工程において、２段目の加工で、保護膜４２および磁化自由層１１のエッチングに引き続いて、必要に応じて中間層２をエッチングして薄肉化する、または完全に除去する。

第２実施形態に係る空間光変調器１０Ｂは、第１実施形態の変形例と同様、透明基板からなる基板９上に、上部電極５、光変調素子１Ｂ、下部電極６、の順に形成して製造されてもよい。このような製造方法で得られる空間光変調器１０Ｂは、光変調素子１Ｂの障壁層２Ａ（または中間層２）が磁化自由層１１と同じ平面視形状になる（図示せず）。したがって、光変調素子１ＢにＴＭＲ素子を適用する場合、リーク電流が流れることを抑制するために、絶縁層８Ａは、少なくとも障壁層２Ａ，２Ａ間において、ＳｉＯ₂、またはＭｇＯ等の障壁層２Ａと同じ絶縁材料を適用することが好ましい。

以上のように、本発明の第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となり、さらに、光変調素子の磁化固定層のみの旋光角で調整されなくてよい。

第１実施形態およびその変形例に係る空間光変調器１０，１０Ａについても、光変調素子１，１Ａで反射した光を、多重反射により出射光の旋光角を増幅させる構成にしてもよい。この場合は、磁化固定層３（外部領域３ex）またはその下の下部電極６，６Ａで反射した光についても、同等に増幅させる絶縁層８の構成にする。

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，１Ｂ 光変調素子
１１ 磁化自由層
２ 中間層
２Ａ 障壁層
３ 磁化固定層
５ 上部電極（電極）
６，６Ａ 下部電極（電極）
８，８Ａ 絶縁層

Claims (3)

1. 磁化固定層、中間層、磁化自由層の順に積層してなるスピン注入磁化反転素子を光変調素子として２次元配列して備え、さらに、一対の電極として前記光変調素子の上に接続した上部電極および下に接続した下部電極、ならびに、隣り合う前記光変調素子同士の間および前記電極間を埋める絶縁層を備えて、上方から前記光変調素子に入射した光の偏光方向を２値の角度に変化させた光を反射させて出射する空間光変調器であって、
   前記下部電極の上に、前記光変調素子の磁化固定層が、平面視で当該光変調素子の外側に拡張して形成され、
   前記光変調素子の外側に拡張して形成された磁化固定層に入射した光の偏光方向を、前記２値の角度の一方と２０％以内の差の角度に変化させた光を反射させて出射することを特徴とする空間光変調器。
2. 前記光変調素子の外側に拡張して形成された磁化固定層の上に設けられた前記絶縁層が、下から高屈折率材料と低屈折率材料との２層以上を積層されてなることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
3. 隣り合う前記光変調素子のそれぞれの外側に拡張して形成された磁化固定層同士の間隔が、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１または請求項２に記載の空間光変調器。

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