JP3920799B2 - 空間光変調器の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調器の製造方法に係り、特に、磁気光学式空間光変調器に用いる、幾何学的に平坦な表面を持ちながらピクセル化した磁性ガーネット膜を形成し、その磁性ガーネット薄膜の厚さ、及びそのピクセルのサイズ、間隔を任意に形成する手法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の先行技術としては、
（１）磁気光学効果を利用して入射光を空間的に変調する空間光変調器として、下記の特許文献１−４が挙げられる。
【０００３】
（２）スパッタエピタキシャル技術を用いたイオンミリングによる結晶領域と非結晶領域を形成する技術としては、下記非特許文献１、２が挙げられる。
【０００４】
（３）液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法におけるメタル（Ｔｉ）マスク技術としては、下記非特許文献３が挙げられる。
【０００５】
本願発明者は、既に、磁気光学効果を利用して入射光を空間的に変調する空間光変調器を特願２００２−３０４８６６号（未公開）として提案している。
【０００６】
これによると、凹凸のないフラットな表面を持ちながら磁気的なピクセルを形成することにより、
（１）駆動用電流ラインあるいはＰＺＴ駆動の電圧ラインの形成が極めて容易である
（２）駆動電流値を１／１０以下に低減することができる
（３）ピクセルおよびピクセルギャップ間隔を小さくすることができる
などを特徴とする磁気光学式光変調器（ＭＯＳＬＭ）が得られる。
【０００７】
かかるフラットサーフェースＭＯＳＬＭを作製する方法は、局所熱処理法と金属膜ストレスの両効果を利用することができる。
【特許文献１】
米国特許第４，５８４，２３７号
【特許文献２】
米国特許第５，２４１，４２１号
【特許文献３】
米国特許第５，２５５，１１９号
【特許文献４】
米国特許第５，３８６，３１３号
【非特許文献１】
Ｊ．−Ｐ．Ｋｒｕｍｍｅ ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，６０（１９８６）２０６５．
【非特許文献２】
Ｙａｓｕｙｕｋｉ Ｏｋａｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ，Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｐａｒｔ２，３９（２０００）Ｌ１２９４．
【非特許文献３】
Ｈｉｄｅｋｉ Ｙｏｋｏｉ ｅｔ．ａｌ，Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｐａｒｔ１，３８（１９９９）４８４７．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したフラットサーフェースＭＯＳＬＭには、以下のような問題があった。
【０００９】
（１）ＭＯＳＬＭで光利用効率を上げるには、個々のピクセルによる偏光面回転角を大きくする必要がある。偏光面の回転角度は、磁性ガーネット膜の厚さに比例するので、ＭＯＳＬＭに用いる磁性ガーネット膜はできるだけ厚い方がよい。しかし、上記したフラットサーフェースＭＯＳＬＭの製造方法では、局所熱処理法と金属膜ストレス効果を用いているため、磁気的なピクセルが形成されるガーネット膜の厚さが約２ミクロン程度と小さいものであった。したがって、磁性ガーネット膜を厚く形成できないため光利用効率の低下を伴っていた。
【００１０】
（２）局所熱処理法は、ＬＰＥ（液相エピキシャル）法によって形成した磁性ガーネット上にＰｔなどの金属膜をパターン形成し、それを熱処理する方法であるが、金属膜製造時における作製工程が多くなると同時に、制御を要するパラメータもあるため、作製が煩雑であり、作製できるピクセルサイズ、ピクセル間隔にも限界があった。
【００１１】
本発明は、上記状況に鑑みて、凹凸のないフラットな表面を有し、磁気的なピクセルを任意のサイズ、間隔で容易に形成することができる空間光変調器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
すなわち、磁性ガーネットをＬＰＥ法でエピタキシャル成長させる基板であるＳＧＧＧやＧＧＧ単結晶基板自体に微細加工を施すことにより、その上に成長する磁性ガーネット膜の磁気的なピクセルを任意のサイズ・間隔で形成することができる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕空間光変調器の製造方法において、磁性ガーネットを形成する光磁気材料からなる単結晶基板に微細加工を施し、マスクを形成する工程と、前記マスクされた光磁気材料からなる単結晶基板にイオンミリング法によりイオンビームを照射し、前記光磁気材料からなる単結晶基板表面のマスクされていない部位を数十ｎｍ程度の厚さで粗面化する工程と、前記マスクを除去し、その上にＬＰＥ法で磁性ガーネットを形成し、前記光磁気材料からなる単結晶基板上の粗面化した部位を除く平坦な部位に表面がフラットな磁気的なピクセルを形成する工程とを施し、ピクセルギャップ／ピクセルサイズ≦０．４であることを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載の空間光変調器の製造方法において、前記光磁気材料からなる単結晶基板がＳＧＧＧ基板やＧＧＧ基板であることを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の空間光変調器の製造方法において、前記磁性ガーネットの厚みを５μｍ〜１０μｍとすることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例を示す空間光変調器の製造工程断面図である。
【００１８】
（１）まず、図１（ａ）に示すように、ＳＧＧＧ基板〔（Ｂｉ1.0 Ｙ1.4 Ｇｄ0.6 ）（Ｆｅ3.8 Ｇａ1.2 ）Ｏ12〕１を用意する。
【００１９】
（２）次に、図１（ｂ）に示すように、ＳＧＧＧ基板１の表面にホトレジストを塗布して、エッチングを行いレジストパターン２を形成する。
【００２０】
（３）次に、図１（ｃ）に示すように、イオンビーム３を照射して、ＳＧＧＧ基板１の部位にイオンミリングを行う。具体的には、例えば、ビーム電圧は７００Ｖ、ビーム電流は２０ｍＡ、加速電圧２００Ｖ、ミリング時間は１５分で、加速されたＡｒなどの重い不活性なイオンをビーム状に引き出し、１０-6〜１０-5程度の高真空中で対象物としてのレジストパターン２を有するＳＧＧＧ基板１に照射する。
【００２１】
（４）次に、図１（ｄ）に示すように、マスクとしてのレジストパターン２を除去すると、ＳＧＧＧ基板１のマスクされていない部位がイオンミリングされて表面が数十ｎｍの厚さで粗面化したイオンミリング領域４が形成される。
【００２２】
（５）次いで、図１（ｅ）に示すように、ＬＰＥ成長により磁性ガーネット膜５を成長させる。ここで、ＬＰＥ成長の条件は、例えば、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｎａ2 ＣＯ3 のフラックス、成長温度は７００℃、融解及びストリング温度は１１００℃、成長時間は４分である。このとき、ＳＧＧＧ基板１の表面のイオンミリング領域４により磁性ガーネット膜５がピクセル化する。つまり、イオンミリング領域４上は結晶面が乱れているため、エピタキシャル的にうまく磁性ガーネットが成長せず、粗面化した部位６（図２〜図４におけるピクセルギャップに対応）となるが、イオンミリングされていない領域には磁性ガーネットが成長し、粗面化されていない平坦な部位７（図２〜図４におけるピクセルに対応）が形成される。
【００２３】
したがって、ＳＧＧＧ基板１にイオンミリングを施すことにより、表面がフラットな磁気的なピクセルを容易に、任意のピクセルサイズ、ピクセル間隔で形成することができる。
【００２４】
ここで、磁性ガーネット膜５は、μｍオーダ（例えば５μｍ、１０μｍ程度）にＬＰＥ法で成長させることができる。それにより、光利用効率の高い表面がフラットなピクセル化された磁性ガーネット膜５を得ることができる。
【００２５】
なお、上記ＳＧＧＧ基板に代えて、ＧＧＧ基板を用いてもよい。
【００２６】
図２は本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図であり、ピクセルギャップ（図１の粗面化した部位６に対応）が２μｍの例を示している。
【００２７】
図３は本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１０μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図であり、ピクセルギャップが２μｍの例を示している。
【００２８】
図４は本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図（ＳＥＭ像）であり、ピクセルギャップが２μｍの例を示している。
【００２９】
図５は本発明の実施例を示すフラットな表面を有するイオンガーネットフィルムの平面図であり、表面がフラットであることが分かる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３２】
（Ａ）光磁気材料からなる単結晶基板上にＬＰＥ法で磁性ガーネット膜を形成すると同時に磁気的なピクセルを形成することができる。
【００３３】
したがって、磁気的なピクセルの形成を極めて簡便かつ容易に制御することができる。
【００３４】
（Ｂ）表面がフラットな磁気的なピクセルを簡便かつ容易に製造することができる。
【００３５】
（Ｃ）磁性ガーネット膜の厚さを十分に厚くすることができるため、光利用効率を高めることができる。
【００３６】
（Ｄ）ピクセル化された磁性ガーネット膜を容易に任意のピクセルサイズ、ピクセル間隔で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施例を示す空間光変調器の製造工程断面図である。
【図２】 本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図である。
【図３】 本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１０μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図である。
【図４】 本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図である。
【図５】 本発明の実施例を示すフラットな表面を有するイオンガーネットフィルムの平面図である。
【符号の説明】
１ ＳＧＧＧ基板
２ レジストパターン
３ イオンビーム
４ イオンミリング領域
５ 磁性ガーネット膜
６ 粗面化した部位
７ 粗面化されていない平坦な部位
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調器の製造方法に係り、特に、磁気光学式空間光変調器に用いる、幾何学的に平坦な表面を持ちながらピクセル化した磁性ガーネット膜を形成し、その磁性ガーネット薄膜の厚さ、及びそのピクセルのサイズ、間隔を任意に形成する手法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の先行技術としては、
（１）磁気光学効果を利用して入射光を空間的に変調する空間光変調器として、下記の特許文献１−４が挙げられる。
【０００３】
（２）スパッタエピタキシャル技術を用いたイオンミリングによる結晶領域と非結晶領域を形成する技術としては、下記非特許文献１、２が挙げられる。
【０００４】
（３）液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法におけるメタル（Ｔｉ）マスク技術としては、下記非特許文献３が挙げられる。
【０００５】
本願発明者は、既に、磁気光学効果を利用して入射光を空間的に変調する空間光変調器を特願２００２−３０４８６６号（未公開）として提案している。
【０００６】
これによると、凹凸のないフラットな表面を持ちながら磁気的なピクセルを形成することにより、
（１）駆動用電流ラインあるいはＰＺＴ駆動の電圧ラインの形成が極めて容易である
（２）駆動電流値を１／１０以下に低減することができる
（３）ピクセルおよびピクセルギャップ間隔を小さくすることができる
などを特徴とする磁気光学式光変調器（ＭＯＳＬＭ）が得られる。
【０００７】
かかるフラットサーフェースＭＯＳＬＭを作製する方法は、局所熱処理法と金属膜ストレスの両効果を利用することができる。
【特許文献１】
米国特許第４，５８４，２３７号
【特許文献２】
米国特許第５，２４１，４２１号
【特許文献３】
米国特許第５，２５５，１１９号
【特許文献４】
米国特許第５，３８６，３１３号
【非特許文献１】
Ｊ．−Ｐ．Ｋｒｕｍｍｅ ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，６０（１９８６）２０６５．
【非特許文献２】
Ｙａｓｕｙｕｋｉ Ｏｋａｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ，Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｐａｒｔ２，３９（２０００）Ｌ１２９４．
【非特許文献３】
Ｈｉｄｅｋｉ Ｙｏｋｏｉ ｅｔ．ａｌ，Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｐａｒｔ１，３８（１９９９）４８４７．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したフラットサーフェースＭＯＳＬＭには、以下のような問題があった。
【０００９】
（１）ＭＯＳＬＭで光利用効率を上げるには、個々のピクセルによる偏光面回転角を大きくする必要がある。偏光面の回転角度は、磁性ガーネット膜の厚さに比例するので、ＭＯＳＬＭに用いる磁性ガーネット膜はできるだけ厚い方がよい。しかし、上記したフラットサーフェースＭＯＳＬＭの製造方法では、局所熱処理法と金属膜ストレス効果を用いているため、磁気的なピクセルが形成されるガーネット膜の厚さが約２ミクロン程度と小さいものであった。したがって、磁性ガーネット膜を厚く形成できないため光利用効率の低下を伴っていた。
【００１０】
（２）局所熱処理法は、ＬＰＥ（液相エピキシャル）法によって形成した磁性ガーネット上にＰｔなどの金属膜をパターン形成し、それを熱処理する方法であるが、金属膜製造時における作製工程が多くなると同時に、制御を要するパラメータもあるため、作製が煩雑であり、作製できるピクセルサイズ、ピクセル間隔にも限界があった。
【００１１】
本発明は、上記状況に鑑みて、凹凸のないフラットな表面を有し、磁気的なピクセルを任意のサイズ、間隔で容易に形成することができる空間光変調器の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
すなわち、磁性ガーネットをＬＰＥ法でエピタキシャル成長させる基板であるＳＧＧＧやＧＧＧ単結晶基板自体に微細加工を施すことにより、その上に成長する磁性ガーネット膜の磁気的なピクセルを任意のサイズ・間隔で形成することができる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕空間光変調器の製造方法において、磁性ガーネットを形成する光磁気材料からなる単結晶基板に微細加工を施し、マスクを形成する工程と、前記マスクされた光磁気材料からなる単結晶基板にイオンミリング法によりイオンビームを照射し、前記光磁気材料からなる単結晶基板表面のマスクされていない部位を数十ｎｍ程度の厚さで粗面化する工程と、前記マスクを除去し、その上にＬＰＥ法で磁性ガーネットを形成し、前記光磁気材料からなる単結晶基板上の粗面化した部位を除く平坦な部位に表面がフラットな磁気的なピクセルを形成する工程とを施し、ピクセルギャップ／ピクセルサイズ≦０．４であることを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載の空間光変調器の製造方法において、前記光磁気材料からなる単結晶基板がＳＧＧＧ基板やＧＧＧ基板であることを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の空間光変調器の製造方法において、前記磁性ガーネットの厚みを５μｍ〜１０μｍとすることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例を示す空間光変調器の製造工程断面図である。
【００１８】
（１）まず、図１（ａ）に示すように、ＳＧＧＧ基板〔（Ｂｉ1.0 Ｙ1.4 Ｇｄ0.6 ）（Ｆｅ3.8 Ｇａ1.2 ）Ｏ12〕１を用意する。
【００１９】
（２）次に、図１（ｂ）に示すように、ＳＧＧＧ基板１の表面にホトレジストを塗布して、エッチングを行いレジストパターン２を形成する。
【００２０】
（３）次に、図１（ｃ）に示すように、イオンビーム３を照射して、ＳＧＧＧ基板１の部位にイオンミリングを行う。具体的には、例えば、ビーム電圧は７００Ｖ、ビーム電流は２０ｍＡ、加速電圧２００Ｖ、ミリング時間は１５分で、加速されたＡｒなどの重い不活性なイオンをビーム状に引き出し、１０-6〜１０-5程度の高真空中で対象物としてのレジストパターン２を有するＳＧＧＧ基板１に照射する。
【００２１】
（４）次に、図１（ｄ）に示すように、マスクとしてのレジストパターン２を除去すると、ＳＧＧＧ基板１のマスクされていない部位がイオンミリングされて表面が数十ｎｍの厚さで粗面化したイオンミリング領域４が形成される。
【００２２】
（５）次いで、図１（ｅ）に示すように、ＬＰＥ成長により磁性ガーネット膜５を成長させる。ここで、ＬＰＥ成長の条件は、例えば、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｎａ2 ＣＯ3 のフラックス、成長温度は７００℃、融解及びストリング温度は１１００℃、成長時間は４分である。このとき、ＳＧＧＧ基板１の表面のイオンミリング領域４により磁性ガーネット膜５がピクセル化する。つまり、イオンミリング領域４上は結晶面が乱れているため、エピタキシャル的にうまく磁性ガーネットが成長せず、粗面化した部位６（図２〜図４におけるピクセルギャップに対応）となるが、イオンミリングされていない領域には磁性ガーネットが成長し、粗面化されていない平坦な部位７（図２〜図４におけるピクセルに対応）が形成される。
【００２３】
したがって、ＳＧＧＧ基板１にイオンミリングを施すことにより、表面がフラットな磁気的なピクセルを容易に、任意のピクセルサイズ、ピクセル間隔で形成することができる。
【００２４】
ここで、磁性ガーネット膜５は、μｍオーダ（例えば５μｍ、１０μｍ程度）にＬＰＥ法で成長させることができる。それにより、光利用効率の高い表面がフラットなピクセル化された磁性ガーネット膜５を得ることができる。
【００２５】
なお、上記ＳＧＧＧ基板に代えて、ＧＧＧ基板を用いてもよい。
【００２６】
図２は本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図であり、ピクセルギャップ（図１の粗面化した部位６に対応）が２μｍの例を示している。
【００２７】
図３は本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１０μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図であり、ピクセルギャップが２μｍの例を示している。
【００２８】
図４は本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図（ＳＥＭ像）であり、ピクセルギャップが２μｍの例を示している。
【００２９】
図５は本発明の実施例を示すフラットな表面を有するイオンガーネットフィルムの平面図であり、表面がフラットであることが分かる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３２】
（Ａ）光磁気材料からなる単結晶基板上にＬＰＥ法で磁性ガーネット膜を形成すると同時に磁気的なピクセルを形成することができる。
【００３３】
したがって、磁気的なピクセルの形成を極めて簡便かつ容易に制御することができる。
【００３４】
（Ｂ）表面がフラットな磁気的なピクセルを簡便かつ容易に製造することができる。
【００３５】
（Ｃ）磁性ガーネット膜の厚さを十分に厚くすることができるため、光利用効率を高めることができる。
【００３６】
（Ｄ）ピクセル化された磁性ガーネット膜を容易に任意のピクセルサイズ、ピクセル間隔で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施例を示す空間光変調器の製造工程断面図である。
【図２】 本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図である。
【図３】 本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１０μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図である。
【図４】 本発明の実施例を示す基板上に形成されたピクセルサイズ１５μｍのＬＰＥによる選択的領域を示す平面図である。
【図５】 本発明の実施例を示すフラットな表面を有するイオンガーネットフィルムの平面図である。
【符号の説明】
１ ＳＧＧＧ基板
２ レジストパターン
３ イオンビーム
４ イオンミリング領域
５ 磁性ガーネット膜
６ 粗面化した部位
７ 粗面化されていない平坦な部位
Claims (3)
- （ａ）磁性ガーネットを形成する光磁気材料からなる単結晶基板に微細加工を施し、マスクを形成する工程と、
（ｂ）前記マスクされた光磁気材料からなる単結晶基板にイオンミリング法によりイオンビームを照射し、前記光磁気材料からなる単結晶基板表面のマスクされていない部位を数十ｎｍ程度の厚さで粗面化する工程と、
（ｃ）前記マスクを除去し、その上にＬＰＥ法で磁性ガーネットを形成し、前記光磁気材料からなる単結晶基板上の粗面化した部位を除く平坦な部位に表面がフラットな磁気的なピクセルを形成する工程とを施し、ピクセルギャップ／ピクセルサイズ≦０．４であることを特徴とする空間光変調器の製造方法。 - 請求項１記載の空間光変調器の製造方法において、前記光磁気材料からなる単結晶基板がＳＧＧＧ基板やＧＧＧ基板であることを特徴とする空間光変調器の製造方法。
- 請求項１又は２記載の空間光変調器の製造方法において、前記磁性ガーネットの厚みを５μｍ〜１０μｍとすることを特徴とする空間光変調器の製造方法。
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| JP2003084158A JP3920799B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | 空間光変調器の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|---|---|---|
| JP4577832B2 (ja) * | 2005-03-16 | 2010-11-10 | Ｆｄｋ株式会社 | 磁気光学デバイス及びその製造方法 |
| CN100576046C (zh) * | 2005-10-24 | 2009-12-30 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于金属纳米缝的光束控制方法 |
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- 2003-03-26 JP JP2003084158A patent/JP3920799B2/ja not_active Expired - Fee Related
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