JP5238619B2 - 磁気光学式空間光変調器およびその製造方法 - Google Patents

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２次元アレイ状に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、ホログラフィー装置等の露光装置、ディスプレイ技術、記録技術等の分野で広く利用されている。また、２次元で並列に光情報を処理することができることから光情報処理技術への応用も研究されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられ、表示装置として広く利用されているが、ホログラフィーや光情報処理用としては、応答速度や画素の高精細性が不十分であるため、近年では、高速処理かつ画素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（例えば、特許文献１〜３）。

磁気光学式空間光変調器においては、磁気光学材料すなわち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、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）に差を生じさせる。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方法（特許文献１，２）の他に、近年では光変調素子にスピンを注入する方法（特許文献３）がある。

画素毎の光変調素子に磁界を印加するために、特許文献１，２では、電極配線を各画素の周縁に張り巡らせて光変調素子の周囲に電流を供給している。また、このように画素間に配線を配置することで、光変調素子への入射光および出射光が金属配線に遮られることがない。一方、スピンを注入する場合は、ＧＭＲ（Giant MagnetoResistance：巨大磁気抵抗）素子等のスピン注入磁化反転素子（非特許文献１）を光変調素子として、この光変調素子の上下に一対の電極を接続して膜面に垂直に電流を供給する。なお、このような光変調素子（スピン注入磁化反転素子）は、一旦、所定の大きさおよび向きの電流を供給されれば、逆向きの電流が供給されるまで磁化方向は保持されるため、特許文献３のように、上側と下側にそれぞれ縦、横に帯状の電極を格子状に配置することで、画素毎の光変調素子に個別に磁化方向を変化させる電流を供給することができる。また、このように、スピン注入による磁気光学式空間光変調器においては、光変調素子の上および下に電極を配置するため、インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc Oxide：ＩＺＯ）等の透明電極材料を使用して、光が電極を透過して光変調素子に入射するように構成される。

特開２００５−７０１０１号公報（請求項２、図５） 特開２００５−２２１８４１号公報（請求項１、図６） 特開２００８−８３６８６号公報（段落００６７〜００７２、図４）

E.B.Myers, D.C.Ralph, J.A.Katine, R.N.Louie, R.A.Buhrman, "Current-Induced Switching of Domains in Magnetic Multilayer Devices", Science August 6, 1999, Vol.285, No.5429, p.867-870

特許文献１，２に記載された空間光変調器では、ＸＹ駆動ラインをピクセルの外周に沿って配する構造となっているために、数μｍ以下の微細な画素を形成することが困難であり、また、電流による合成磁界を利用するために、画素のいっそうの微細化を行うと隣接画素へのクロストークが大きくなるという問題がある。

これに対して、特許文献３に記載された空間光変調器は、光変調素子の膜面に垂直に電流を供給するため、画素の微細化に対応できるものである。しかしながら、光変調素子への入射光および出射光の光路上に電極を配置するため、金属電極材料に比べて導電性に大きく劣る透明電極材料を用いる必要があり、このような導電性の低い材料を電極配線に用いると、光変調素子の動作電流に対して高い電圧を印加する必要があり、また画素アレイ中の画素間で動作にばらつきが生じる虞があって、改良の余地があった。

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画素に適用することにより、高精細かつ高速応答を可能とすると共に、省電力化および画素間の動作ばらつきの低減が可能な磁気光学式空間光変調器を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明者らは、透明電極材料を高温処理することで導電性を向上させることとし、この高温処理で光変調素子がダメージを受けることのないように、光変調素子の形成前に透明電極材料からなる電極を形成するべく、光変調素子の下に配置される下部電極に透明電極材料を適用し、この下部電極側から光を入射させる構成とすることに至った。

すなわち、本発明に係る磁気光学式空間光変調器は、光を透過させる基板と、この基板上に２次元配列された複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備え、前記基板を透過して前記複数の画素に入射した光を反射させて出射する。この磁気光学式空間光変調器において、前記画素は、前記画素選択手段に選択されたときに入射した光をその偏光方向を特定の方向に変化させて出射する光変調素子と、この光変調素子の上下に接続された上部電極および下部電極とを備え、前記上部電極は、前記光変調素子から入射した光を反射させるように金属電極材料からなり、前記下部電極は、前記基板側から入射した光を透過させかつ前記光変調素子から出射した光を透過させるように、少なくとも一部が透明電極材料で形成され、前記透明電極材料が、結晶性材料であって、加熱成膜により成膜されている、またはポストアニールが施されていることを特徴とする。

かかる構成により、磁気光学式空間光変調器は、光が基板および下部電極を透過して基板側から光が入射および出射する構成としたので、光変調素子の下に配置する下部電極のみに透明電極材料を備える。したがって、基板上に透明電極を形成した後で光変調素子を積層するので、光変調素子にダメージを与えることなく、透明電極材料に熱処理を施して抵抗を低減することができるので、下部電極について、金属電極材料よりも高抵抗の透明電極材料を用いても、導電性を向上させることができる。

さらに、本発明に係る磁気光学式空間光変調器において、前記下部電極は、平面視で前記光変調素子に重なる領域に貫通孔が形成された金属電極と、前記金属電極の貫通孔に配されて前記光変調素子に電気的に接続する前記透明電極材料で形成された透明電極とを備えることが好ましい。

かかる構成により、磁気光学式空間光変調器は、下部電極において、光路となる部分のみに透明電極を設けて入射光および出射光を遮ることなく、光路となる部分以外には透明電極より低抵抗の金属電極を用いることができる。したがって、下部電極の導電性を向上させることができる。

また、本発明に係る磁気光学式空間光変調器の製造方法は、下側から基板を透過して当該基板上に２次元配列された複数の画素に入射した光を反射させて出射する磁気光学式空間光変調器の製造方法であって、少なくとも一部が透明電極材料で形成される下部電極を前記基板上に形成する下部電極形成工程と、前記下部電極上に光変調素子を形成する光変調素子形成工程と、前記光変調素子上に金属電極材料からなる上部電極を形成する上部電極形成工程を行い、前記下部電極形成工程において、前記透明電極材料を加熱成膜により成膜する、または前記透明電極材料を成膜後にポストアニールを行うことを特徴とする。

かかる構成により、光変調素子の形成前に、透明電極材料に熱処理を施すため、光変調素子にダメージを与えることなく、透明電極材料の抵抗を低減することができるので、下部電極の導電性を向上させた磁気光学式空間光変調器を製造することができる。

本発明に係る磁気光学式空間光変調器によれば、数μｍ以下からさらに可視光波長サイズ（青色：４００ｎｍ）の高精細と、原理的に数ｐｓ程度となる高速応答とを同時に可能とする画素を備え、省電力化を可能とし、画素間の動作のばらつきを低減することができる。そして、本発明に係る磁気光学式空間光変調器の製造方法によれば、前記特徴を有する磁気光学式空間光変調器を製造することができる。

第１実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す底面図である。 第１実施形態に係る空間光変調器の画素の拡大図で、図１のＢ−Ｂ部分断面図である。 第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成および画素選択の動作を説明する模式図で、図１のＡ−Ａ断面図に対応する図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの底面模式図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの仰瞰図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素の拡大図で、図４のＤ−Ｄ部分断面図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの製造方法における下部電極形成工程を説明する模式図で、（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｇ）は図４のＣ−Ｃ部分断面図、（ｄ）、（ｈ）は平面図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの製造方法における光変調素子形成工程および上部電極形成工程を説明する模式図で、（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）は図４のＣ−Ｃ部分断面図、（ｄ）、（ｆ）は平面図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの製造方法における別の下部電極形成工程を説明する模式図で、（ａ）、（ｃ）、（ｄ）は図４のＣ−Ｃ部分断面図、（ｂ）は平面図である。 第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの製造方法における別の下部電極形成工程を説明する模式図で、（ａ）、（ｃ）〜（ｅ）は図４のＣ−Ｃ部分断面図、（ｂ）、（ｆ）は平面図である。 実施例の画素における透明電極の膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る磁気光学式空間光変調器（以下、適宜、空間光変調器という）を実現するための実施形態について、図を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の構成を模式的に示す底面図である。なお、本明細書における底面（下面）は、空間光変調器の光の入射面である。また、底面視および平面視での縦、横は、図１における縦、横をそれぞれ示す。図２は本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素の拡大図で、図１のＢ−Ｂ部分断面図である。以下に、本発明に係る空間光変調器を構成する各要素について説明する。

空間光変調器１は、基板７上に、図１に示すように２次元アレイ状に配列された画素４からなる画素アレイ４０を備える。さらに空間光変調器１は、画素アレイ４０から１つ以上の画素４を選択して駆動する電流制御部１０を備える。なお、基板７は図１において、画素アレイ４０の手前に配置されている（図示省略）。また、本明細書における画素とは、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。

図１に示すように、画素アレイ４０は、平面視でストライプ状の複数の上部電極２，２，…と、同じくストライプ状で、平面（底面）視で上部電極２と直交する複数の下部電極３，３，…と、を備え、上部電極２と下部電極３との交点毎に１つの画素４を設ける。したがって、画素４は、空間光変調器１の光の入射面に、２次元アレイ状に配列されて画素アレイ４０を構成する。本実施形態では、画素アレイ４０は、５行×５列の２５個の画素４からなる構成で例示される。なお、上部電極２と下部電極３は、適宜、両者をまとめて電極２，３と称する。そして、図１および図２に示すように、画素４は、当該画素４における一対の電極としての上部電極２および下部電極３と、これらの電極２，３に上下から挟まれた光変調素子５を備える。また、隣り合う上部電極２，２間、光変調素子５，５間、および下部電極３，３間は、絶縁部材６で埋められている。

図１に示すように、電流制御部１０は、上部電極２を選択する上部電極選択部１２と、下部電極３を選択する下部電極選択部１３と、これらの電極選択部１２，１３を制御する画素選択部（画素選択手段）１４と、電極２，３に電流を供給する電源（電流供給手段）１１と、を備える。これらはそれぞれ公知のものでよく、光変調素子５を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給するものとする。

上部電極選択部１２は、上部電極２の１つ以上を選択し、下部電極選択部１３は、下部電極３の１つ以上を選択し、それぞれに電源１１から所定の電流を供給させる。画素選択部１４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４０の特定の１つ以上の画素４を選択し、選択した画素４に接続する電極２，３を電極選択部１２，１３に選択させる。電源１１は、選択した画素４に備えられる光変調素子５を磁化反転させるために適正な電圧・電流を供給する。このような構成により、特定の画素４が選択され、この画素４の光変調素子５に、所定の電流が供給されて磁化反転させる。なお、図１において、電源１１は、電極２，３のそれぞれ一端に電極選択部１２，１３を介して接続されているが、両端に接続されていてもよい。両端に接続されることにより、応答速度を上げ、画素間の動作ばらつきも低減できる。

次に、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素の構成の詳細を図１および図２を参照して説明する。

上部電極２は、図２に示すように光変調素子５の上に配され、図１に示すように横方向に帯状に延設される。１つの上部電極２は、横１行に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子５に電流を供給する。一方、下部電極３は、光変調素子５の下に配され、縦方向に帯状に延設される。１つの下部電極３は、縦１列に配置された複数の画素４，４，…のそれぞれの光変調素子５に電流を供給する。下部電極３は、光変調素子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で構成される。一方、上部電極２は、下方（下部電極３側）から光変調素子５を透過して到達した光を反射して再び下方へ出射させるため、反射率の高い金属電極材料で構成される。

上部電極２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。

下部電極３は、図２に示すように、透明電極材料からなる透明電極３１と、この透明電極３１と光変調素子５との間に積層された金属膜である下地層３２と、からなる。このように、電極（配線）を透明電極材料で構成する場合、電極とこの電極に接続する光変調素子５との間に金属膜を設けることが好ましい。光変調素子５との間に金属膜である下地層３２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からなる透明電極３１においても、下部電極３−光変調素子５間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。

透明電極３１は、例えば、インジウム−スズ酸化物（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、ガリウム−酸化亜鉛（Gallium Zinc Oxide：ＧＺＯ）、酸化アルミニウム−酸化亜鉛（Aluminum oxide - Zinc Oxide：ＡＺＯ）等の公知の結晶性の透明電極材料からなる。結晶性材料を適用することで、加熱成膜または成膜後のポストアニールにより抵抗を低減することができる。これらの透明電極材料は、後記するように、高温にてスパッタリング法や真空蒸着法等の公知の方法により成膜される。あるいは、室温等の低温（無加熱）にて前記方法や塗布法等により成膜された後にポストアニールを施す。そして、フォトリソグラフィおよびエッチング等により下部電極３の形状すなわちストライプ状に加工される。

下地層３２を構成する金属としては、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、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、下地層３２とその上の層すなわち後記の光変調素子５の最下層である磁化自由層５３との密着性をよくして接触抵抗をさらに低減するため、下地層３２となる金属膜は、磁化自由層５３となる磁性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。連続して成膜された膜は、通常、一緒に加工されるため、図２に示すように、下地層３２は光変調素子５と同じ平面視形状となるが、例えば透明電極３１（下部電極３）と同じ平面視形状（帯状）であってもよい。詳細は、画素４の製造方法において説明する。下地層３２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を超えると光の透過量を低下させる。したがって、下地層３２の好ましい厚さは１〜１０ｎｍである。

本発明に係る空間光変調器１においては、下方すなわち基板７側から光を画素４に入射し、さらに画素４で反射した光を同じく基板７側へ出射するので、基板７は透明な材料からなる。また、基板７は、下部電極３の透明電極３１の形成における高温処理に対応可能な耐熱性を有し、例えば、ガラス、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等の材料が挙げられる。絶縁部材６は、隣り合う上部電極２，２間、光変調素子５，５間、および下部電極３，３間（図２不図示）に配され、例えば、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等からなる。

光変調素子５は、図１に示すように、平面（底面）視で上部電極２と下部電極３の重なる部分に配され、この電極２，３に上下から挟まれて接続されている。光変調素子５の平面視形状は、本実施形態においては正方形であるが、これに限定されるものではない。また、１個の画素４につき１個の光変調素子５が配されているが、例えば１つの画素４に面方向で（１×３）個、（２×２）個等の複数の光変調素子５を備えてもよい。光変調素子５はスピン注入磁化反転素子であり、ＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗）素子、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗）素子等の公知の素子からなる。光変調素子５の構成は、図２に示すように、下部電極３の上に、磁化自由層５３、中間層５２、磁化固定層５１、保護層５４の順に積層されてなる。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）法等の公知の方法によりそれぞれ成膜されて、積層され、電子線リソグラフィ等により前記形状に加工される。

磁化固定層５１および磁化自由層５３は磁性体であり、共に面内磁気異方性を有するか、または共に垂直磁気異方性を有する。そして、磁化固定層５１の磁化方向は固定されているのに対し、磁化自由層５３の磁化方向は固定されておらず、スピン注入によって容易に回転（反転）させることができる。これら２層の間に設けられる中間層５２は、光変調素子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。これら３層でスピン注入磁化反転素子として動作するが、製造工程におけるダメージからこれらの層（特に磁化固定層５１）を保護するために、最上層に保護層５４が設けられる。

磁化固定層５１は、その厚さは数〜数十ｎｍであり、面内磁気異方性を有する磁化固定層５１とする場合は、強磁性金属（ＦＭ）や磁性半導体からなる。強磁性金属としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属およびそれらを含む合金、ＦＭ／ＰｔＭｎ、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ／ＰｔＭｎ（シンセティックピン層、積層フェリ構造）のような多層膜、さらにＩｒＭｎ等の磁化固着層を上層に設けたＦＭ／ＩｒＭｎ、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ／ＩｒＭｎが挙げられる。また、磁性半導体としては、ＺｎＯ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ_1-XＦｅ_X、ＺｎＯ：Ｃｒ_1-XＭｎ_X等のＺｎＯを母体とするもの、III-Ｖ族化合物半導体を母体とするもの、ＴｉＯを母体とするもの、II−VI族化合物半導体を母体とするものが挙げられる。一方、垂直磁気異方性を有する磁化固定層５１とする場合は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属およびそれらを含む合金、[Ｆｅ／Ｐｔ]×ｎ、[Ｃｏ／Ｐｔ]×ｎの多層膜、Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ等の希土類を含む合金のような強磁性金属が挙げられる。

中間層５２は、磁化固定層５１と磁化自由層５３との間に設けられる。光変調素子５がＴＭＲ素子であれば、中間層５２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０．５〜３ｎｍ程度である。また、光変調素子５がＣＰＰ−ＧＭＲ素子であれば、中間層５２は、Ｃｕ，Ａｕ，Ａｇのような非磁性金属からなり、その厚さは３〜２０ｎｍ程度である。

磁化自由層５３は、強磁性金属や磁性半導体からなり、その厚さは１〜２０ｎｍ程度である。面内磁気異方性を有する磁化自由層５３とする場合の材料としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属およびそれらを含むＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＮｉＦｅ等の合金、これらの材料の２種以上からなる積層膜、ＦＭ／Ｒｕ／ＦＭ（シンセティックフリー層、積層フェリ構造）のような強磁性金属が挙げられる。または、ＺｎＯ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｍｎ_1-XＦｅ_X、ＺｎＯ：Ｃｒ_1-XＭｎ_X等のＺｎＯを母体とする磁性半導体、III-Ｖ族化合物半導体やII−VI族化合物半導体を母体とするものが挙げられる。一方、垂直磁気異方性を有する磁化自由層５３とする場合の材料としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の遷移金属およびそれらを含む合金、ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒ基合金（ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＴａ等）、[Ｆｅ／Ｐｔ]×ｎ、[Ｃｏ／Ｐｔ]×ｎの多層膜、Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ等の希土類を含む合金、ＭｎＢｉのような強磁性金属が挙げられる。

保護層５４は、Ｔａ，Ｒｕ，Ｃｕの単層、または、Ｃｕ／Ｔａ，Ｃｕ／Ｒｕの２層等から構成される。なお、前記の２層とする場合は、いずれもＣｕを内側（下層）とする。保護層５４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効果が飽和する。したがって、保護層５４の厚さは１〜１０ｎｍが好ましく、３〜５ｎｍがより好ましい。

次に、本発明の第１実施形態に係る空間光変調器の画素選択の動作を、図３を参照して説明する。図３は、第１実施形態に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成および画素選択の動作を説明する模式図で、図１のＡ−Ａ断面図に対応する。電極２，３は、前記の通り、電流制御部１０に接続される。また、図３に示すように、第１実施形態に係る空間光変調器１を表示装置に用いるため、画素４（画素アレイ４０）の下方には、画素アレイ４０に向けて光を照射する光源９３と、光源９３から照射された光を画素アレイ４０に入射する前に偏光とする入射偏光フィルタ９１と、画素アレイ４０から出射した光から特定の向きの偏光のみを透過する出射偏光フィルタ９２と、出射偏光フィルタ９２を透過した光を検出する検出器９４とが配置される。このように、空間光変調器１は、画素アレイ４０の下方から入射した光を反射する反射型の空間光変調器である。

本実施形態において、光変調素子５は、面内磁気異方性すなわち膜面方向の磁化を有する磁化固定層５１および磁化自由層５３を備えるスピン注入磁化反転素子とする。図３においては、磁化固定層５１および磁化自由層５３のそれぞれの磁化方向を右向きまたは左向きの矢印で示す。また、図３において、光変調素子５の保護層５４は図示を省略する。

光源９３から照射された光（レーザー光等）は様々な偏光成分を含んでいるので、これを画素アレイ４０の手前の入射偏光フィルタ９１を透過させて、１つの偏光成分の光とする。以下、１つの偏光成分の光を偏光と称する。この偏光（入射偏光）は、基板７を透過し、画素アレイ４０のすべての画素４に所定の入射角で入射する。それぞれの画素４において、入射偏光は、下部電極３を透過して光変調素子５に入射し、光変調素子５またはその上の上部電極２で反射して、光変調素子５から出射偏光として出射し、再び下部電極３を透過して画素４から出射する。それぞれの画素４から出射したすべての出射偏光は、再び基板７を透過して出射偏光フィルタ９２に到達する。出射偏光フィルタ９２は、特定の偏光、ここでは入射偏光に対して角度θap旋光した偏光のみを透過させ、この透過した出射偏光が検出器９４に入射される。偏光フィルタ９１，９２はそれぞれ偏光板等であり、検出器９４はスクリーン等の画像表示手段である。あるいは、検出器９４はカメラ等の撮像手段としてもよい。

スピン注入磁化反転素子である光変調素子５は、逆方向のスピンを持つ電子を注入することにより、すなわち電流を反対向きに供給することにより、磁化自由層５３の磁化方向を反転（スピン注入磁化反転）させて、磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向または１８０°異なる方向にする。具体的には、上部電極２を「−」、下部電極３を「＋」にして、磁化自由層５３側から磁化固定層５１へ電流を供給すると、磁化自由層５３の磁化は磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向になる。以下、この状態を光変調素子５の磁化が平行である（Ｐ：Parallel）という。反対に、上部電極２を「＋」、下部電極３を「−」にして、磁化固定層５１側から磁化自由層５３へ電流を供給すると、磁化自由層５３の磁化は磁化固定層５１の磁化方向と逆方向になる。以下、この状態を光変調素子５の磁化が反平行である（ＡＰ：Anti-Parallel）という。図３に示すように、すべての画素４において磁化固定層５１の磁化は一方向（右向き）に揃えられているので、電極２，３からの電流の向きに応じて、磁化自由層５３の磁化は右向きまたは左向きのいずれかを示す。なお、光変調素子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が保持される。このように、光変調素子５において磁化は保持されるため、光変調素子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。

光変調素子５に入射した偏光が、磁化自由層５３、中間層５２、磁化固定層５１を透過し、上部電極２の下面で反射して、再び磁化固定層５１、中間層５２、磁化自由層５３を透過して出射した場合、磁性体である磁化自由層５３および磁化固定層５１を透過することで、ファラデー効果により、偏光はその向きが、磁化自由層５３および磁化固定層５１のそれぞれの所定の角度（旋光角）に回転（旋光）する。さらに、磁化が平行、反平行な光変調素子５にそれぞれ入射した偏光は、磁化自由層５３の磁化方向が１８０°異なるため、前記旋光角で互いに逆方向に回転して出射する。そこで、前記の、磁化が平行、反平行の光変調素子５における旋光角をそれぞれθp，θapと異なる角度で表せる。なお、磁化固定層５１の磁化方向は一定であるので、旋光角θp，θapの差は磁化自由層５３のみによって決定される。

あるいは、光変調素子５に入射した偏光が、磁化自由層５３を透過し、中間層５２との界面で反射して、再び磁化自由層５３を透過して出射した場合も、磁化方向が変化する磁化自由層５３を透過するので、同様に旋光角θp，θapの差が生じる。このように、光変調素子５が磁化反転すると、出射偏光は、同じ向きの入射偏光に対して旋光角θp，θap回転した異なる向きの偏光となる。

入射偏光に対して角度θap旋光した図３の左右両端の画素４，４からのそれぞれの出射偏光は、出射偏光フィルタ９２を透過して検出器９４に到達するので、この画素４は明るく（白く）検出器９４に表示される。一方、中央の画素４からの出射偏光は、出射偏光フィルタ９２で遮られるので、この画素４は暗く（黒く）、検出器９４に表示される。このように、画素毎に明／暗（白／黒）を切り分けられ、電流の向きを切り換えれば明／暗が切り換わる。なお、空間光変調器１の初期状態としては、例えば全体が白く表示されるようにすべての画素４の光変調素子５に下向きの電流を供給するべく、上部電極２のすべてを「＋」、下部電極３のすべてを「−」にすればよい。

ここで、磁気光学効果は、光の入射角が磁気光学材料の磁化方向に対して平行に近いほど大きい。したがって、面内磁気異方性を有する光変調素子５においては、光（入射偏光）の入射角を、膜面に対して、すなわち画素アレイ４０の膜面方向に対して平行に近くするほど、旋光角θp，θapの差を大きくすることができる。しかし、画素アレイ４０の構造上、光が光変調素子５の底面から入射するためには、入射角にある程度の傾斜が必要である。したがって、空間光変調器１における画素４への光の入射角は、動作時における光変調素子５の磁化自由層５３の磁化方向すなわち磁化固定層５１の磁化方向に対して１０°〜６０°、入射角で３０°〜８０°の範囲が好ましく、図３に示すように、本実施形態の空間光変調器１は、画素アレイ４０に対して斜めに光が入射される。また、入射偏光、出射偏光共に光路が画素アレイ４０の下方にあるので、出射偏光フィルタ９２および検出器９４は入射偏光の光路を遮らない位置に、光源９３および入射偏光フィルタ９１は、出射偏光の光路を遮らない位置に、それぞれ配置される。

なお、光変調素子５が垂直磁気異方性を有する磁化固定層５１および磁化自由層５３を備える場合、それぞれの磁化は垂直方向であり、磁化自由層５３の磁化は上向き／下向きで反転するが、この場合も同様にファラデー効果を生じる。また、このような光変調素子５を備える画素４（画素アレイ４０）への偏光の入射角は０°とすることが旋光角を大きくする上で望ましいが、この場合、出射偏光の光路が入射偏光の光路と一致する。そこで、入射角を５°〜３０°程度傾けて、出射偏光フィルタ９２および検出部９４、光源９３および入射偏光フィルタ９１が、それぞれ入射偏光および出射偏光の光路を遮らない配置となるようにする。すなわち、偏光の入射角は５°〜３０°とすることが好ましい。または、入射角０°として、入射偏光フィルタ９１と画素アレイ４０との間にハーフミラーを配置して、出射偏光のみを側方へ反射させてもよい。この場合、出射偏光フィルタ９２および検出器９４は画素アレイ４０の側方に配置する。

ここで、光変調素子５をスピン注入磁化反転させる電流を供給するために電極２，３を介して印加する必要最低電圧（駆動電圧）は、画素４の抵抗に比例する。したがって、画素４の抵抗である上部電極２、光変調素子５、下部電極３のそれぞれの抵抗の和が小さいほど印加電圧を低くすることができる。光変調素子５の抵抗は当該光変調素子５の構成で決まり、また上部電極２は金属電極材料からなるので、その抵抗は、光変調素子５、透明電極材料からなる下部電極３と比較すると無視できるほどに小さな値（例えば、Ｃｕの比抵抗：１．６８×１０^-6Ω・ｃｍ）であるため、駆動電圧は下部電極３の抵抗に大きく依存することになる。

一般的な透明電極材料として、結晶性であるＩＴＯ，ＧＺＯ，ＡＺＯ、非晶質であるＩＺＯ等が挙げられる。上部電極として透明電極材料を適用する場合、下層の光変調素子にダメージを与えないような条件で成膜、加工等をする必要があり、温度は２００℃程度以下に制限される。このような場合、無加熱（室温等）成膜で比較的良好な導電性が得られるＩＺＯ（比抵抗４５０μΩ・ｃｍ）が好適に用いられる。特に、無加熱成膜であれば、レジストマスク上への成膜が可能なので、リフトオフ法による加工も可能となる。一方、ＩＴＯ等の結晶性導電材料は、加熱成膜や成膜後のポストアニール等の熱処理により、結晶粒径を大きくして、抵抗を低減することができる。例えば、無加熱（室温）で成膜されたＩＴＯの比抵抗は７００〜８００μΩ・ｃｍであるが、３５０℃（基板温度）でスパッタリング法にて成膜したＩＴＯは比抵抗１００μΩ・ｃｍとなり、無加熱成膜のＩＴＯの約１／８、ＩＺＯに対しても１／４以下である。

第１実施形態に係る空間光変調器１においては、透明電極材料を下部電極３の透明電極３１として基板７上に直接成膜することで、基板７の材料の耐久性の範囲内での処理が可能となり、前記加熱成膜やポストアニール等の高温処理が可能となる。具体的には、透明電極材料としてＩＴＯを適用する場合において、成膜温度２００〜６００℃が好ましく、あるいは無加熱での成膜後に、真空中にて２００℃で１０ｍｉｎ以上（大気中であれば３０〜６０ｍｉｎ程度）のポストアニールを施すことが好ましい。また、焼成の必要な塗布法による成膜も可能であり、ＩＴＯ原料の溶液（例えば金属塩ＩｎＩ₃とＳｎＯ₂を質量比９５：５として有機溶剤へ溶解した溶液）を基板７上にスピンコート法等で塗布し、通常の焼成条件、例えば大気中で４００〜６００℃の熱処理により有機物を分解してＩＴＯのみの膜とする。さらにポストアニールとして、焼成温度を保持して、Ｈ₂を０．０５〜０．１％含有させたＮ₂雰囲気に変えて、引き続き熱処理を施すことで、ＩＴＯ膜中に酸素欠陥を付与して導電性を向上させる。その他の透明電極材料においても、導電性や透過率等の特性が特に優れた状態となるような処理を施すことができる。

このように、低抵抗化された透明電極３１すなわち低抵抗の下部電極３とすることで、印加電圧を光変調素子５の反転電流密度に対して過剰に高くする必要がなく、空間光変調器１の省電力化が可能となる。また、下部電極３の低抵抗化のために配線の断面積を拡張する必要がないので、配線幅を狭くして画素４のいっそうの微細化が可能となり、また、配線（透明電極３１）の薄膜化が可能となり入射光に対する出射光の光量の減衰が抑制される。

以上のように、第１実施形態によれば、高精細かつ高速応答とすることが可能なスピン注入光変調素子を用いて、省電力化の可能な空間光変調器となる。あるいは、画素のいっそうの微細化や、出射光の光量の減衰の抑制が可能な空間光変調器となる。

［第２実施形態］
図４、図５、および図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図４は第２実施形態に係る空間光変調器の画素アレイの構成を模式的に示す底面図で、第１実施形態と同様に５行×５列のアレイ状に２５個の画素を配列したものである。図５は第２実施形態に係る空間光変調器の画素の、一部を切り欠いた下方からの拡大斜視図（仰瞰図）である。また、図６は第２実施形態に係る画素の拡大断面図で、図４のＤ−Ｄ部分断面図である。なお、図４は基板を、図５は基板および絶縁部材を、それぞれ図示を省略して示す。第１実施形態（図１〜３参照）と同一の要素については同じ符号を付し、その説明は省略する。図５および図６に示すように、第２実施形態の画素４Ａは、下部電極３Ａを備えること以外は第１実施形態の画素４と同様の構成である。すなわち、第２実施形態に係る画素アレイ４０Ａを備える空間光変調器も、第１実施形態と同様に光変調素子５のスピン注入磁化反転により、下方からの入射偏光の旋光の向きを変化させて下方へ出射する反射型の空間光変調器であるため、その動作については説明を省略する（図３参照）。

第２実施形態の画素アレイ４０Ａにおいて、下部電極３Ａ，３Ａ，…は、第１実施形態の下部電極３，３，…と同様に縦方向に延設されたストライプ状である。下部電極３Ａは、帯状の形状に複数の孔（貫通孔）を形成された金属電極３３と、この孔に充填された形状の透明電極３１Ａとを備える。金属電極３３の孔および透明電極３１Ａは、平面視で光変調素子５に重なる領域、すなわち光変調素子５の直下に備えられる。したがって、１つの金属電極３３は、画素４Ａの縦方向（行）の数である５個の孔を有する。そして、この金属電極３３の孔に、透明電極３１Ａが光変調素子５の下面に電気的に接続されて設けられている。

金属電極３３は、第１、第２実施形態の上部電極２と同様の一般的な電極用金属材料で構成され、透明電極３１Ａは、第１実施形態の下部電極３の透明電極３１と同様の結晶性の透明電極材料で構成されるので、それぞれ説明は省略する。本実施形態において透明電極３１Ａは、光が光変調素子５に入射、出射するための窓であり、その形状（金属電極３３の孔の形状）および大きさは特に限定されないが、平面視形状が光変調素子５の平面視形状に対して小さいと金属電極３３が光を遮って出射光の光量が低下し、大きすぎると孔の周縁部で金属電極３３が幅狭となって金属電極３３の抵抗が大きくなり、下部電極３Ａの抵抗が大きくなる。したがって、透明電極３１Ａの平面視形状は、光変調素子５の平面視形状の相似形で、孔の周縁で金属電極３３が幅狭にならない範囲で大きくすることが好ましい。このように、下部電極３Ａにおいて、光変調素子５の直下すなわち光路部分のみを透明電極として、抵抗の小さい金属電極を主要材料とすることで、駆動電圧をさらに低くすることができる。また、画素アレイ４０Ａにおける画素４Ａ同士の位置によるばらつきを低減することができる。

なお、図５および図６では透明電極３１Ａの形状は側面が垂直な四角柱だが、これに限らず、例えば側面の傾斜したメサ形状（四角錐台）としてもよい。このような光変調素子５の側が狭く、基板７の側へ広がる形状にすると、透明電極３１Ａと金属電極３３との接触面積が大きくなって、下部電極３Ａにおける接触抵抗を低減させることができる。さらに、第１実施形態に係る空間光変調器１（図３参照）のように、光の入射／出射角が斜め（画素アレイ４０Ａに非垂直）である場合、入射／出射光の金属電極３３に遮られる部分が少なくなるので、出射光の光量が向上する。

また、下部電極３Ａは、第１実施形態と同様に、透明電極３１Ａと光変調素子５との間に金属膜からなる下地層３２を設けて接触抵抗を低減させることが好ましい。下地層３２は、第１実施形態と同様に透明電極３１Ａと光変調素子５との間に設けられていればよく、図５および図６に示すように光変調素子５と同じ平面視形状に形成されてもよいし、透明電極３１Ａと同じ、すなわち金属電極３３のそれぞれの孔に充填するように形成されてもよいし、下部電極３Ａと同じ平面視形状（帯状）でもよい。下地層３２の材料および厚さは第１実施形態の下部電極３の下地層３２と同じであるので説明は省略する。

以上のように、第２実施形態によれば、光を遮らない透明電極材料と低抵抗の金属材料の双方の利点を兼ね備えた電極により、駆動電圧の低電圧化および応答速度の高速化がさらに望め、また画素間の動作のばらつきが低減された空間光変調器となる。

［空間光変調器の製造方法］
次に、本発明に係る空間光変調器の画素（画素アレイ）の製造方法として、第２実施形態に係る画素アレイの製造方法の一例を図７〜１０を参照して説明する。図７〜１０は、第２実施形態に係る画素アレイの製造方法を説明する模式図で、それぞれ図４のＣ−Ｃ部分断面図（以下、断面図）または平面図である。図７は下部電極形成工程における模式図で、（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）〜（ｇ）は断面図、（ｄ）、（ｈ）は平面図である。図８は光変調素子形成工程および上部電極形成工程における模式図で、（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）は断面図、（ｄ）、（ｆ）は平面図である。図９および図１０はそれぞれ下部電極形成工程における別の方法を説明する模式図で、図９の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）は断面図、（ｂ）は平面図であり、図１０の（ａ）、（ｃ）〜（ｅ）は断面図、（ｂ）、（ｆ）は平面図である。また、図７〜１０において、各要素の成形（加工）前の膜には（ ）付きの符号を付して示す。

（下部電極形成工程Ｓ１０）
下部電極形成工程Ｓ１０として、下部電極３Ａを形成する。
まず、透明電極３１Ａを形成する（透明電極形成工程Ｓ１１ｅ₀）。基板７上に透明電極材料を高温下でスパッタリング法等により成膜する。この透明電極膜上の、透明電極３１Ａの窓とする領域にレジスト（ＰＲ１）マスクをフォトリソグラフィ等により形成して、イオンミリング法等のエッチングにより透明電極膜を透明電極３１Ａの形状に加工する（図７（ａ））。また、透明電極材料を低温（無加熱）で成膜した後にポストアニールを施してもよい。

次に、金属電極３３を形成する（金属電極形成工程Ｓ１２ｍ）。透明電極３１Ａ上のレジストを残した状態で金属電極材料を成膜し（図７（ｂ））、レジスト剥離液等により、前記レジストＰＲ１をその上の金属電極膜（３３）ごと除去する（リフトオフ、図７（ｃ）、（ｄ））。そして、金属電極膜（３３）＋透明電極３１Ａ上の、下部電極３Ａすなわち配線領域にレジスト（ＰＲ２）マスクを形成し（図７（ｅ））、エッチングにより金属電極膜（３３）を金属電極３３の形状に加工する（図７（ｆ））。

次に、金属電極３３，３３間（下部電極３Ａ，３Ａ間）に、絶縁部材６をリフトオフ法にて形成する（絶縁部材形成工程Ｓ１３ｂ）。すなわち、レジストＰＲ２を残した状態で絶縁材料を成膜し、前記レジストＰＲ２をその上の絶縁膜ごと除去することにより、下部電極３Ａ，３Ａ間に絶縁部材６を堆積させる（図７（ｇ）、（ｈ））。あるいは、金属電極３３の加工後にレジストＰＲ２を除去してから、絶縁材料を成膜して金属電極３３，３３間に埋め込み、エッチングやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）等により透明電極３１Ａの上面が露出するまで絶縁膜を除去して絶縁部材６としてもよい。

（光変調素子形成工程Ｓ２０）
前記したように、下部電極３Ａにおける下地層３２とその上の光変調素子５となる各層は、連続して成膜されることが好ましいため、基板７上に形成した透明電極３１Ａ、金属電極３３、および金属電極３３，３３間の絶縁部材６の上に、下地層３２、磁化自由層５３、中間層５２、磁化固定層５１、保護層５４、のそれぞれの材料を順に連続して成膜、積層する（図８（ａ））。保護層膜（５４）上の、光変調素子５とする領域にレジスト（ＰＲ３）マスクを形成し、保護層膜（５４）〜金属膜（３２）の積層膜を電子線リソグラフィ等により加工して、光変調素子５および下地層３２とする（図８（ｂ））。レジストＰＲ３を残した状態で絶縁材料を成膜し、前記レジストＰＲ３をその上の絶縁膜ごと除去することにより、光変調素子５，５間に絶縁部材６を堆積させる（図８（ｃ）、（ｄ））。あるいは、光変調素子５および下地層３２の加工後にレジストＰＲ３を除去してから、絶縁材料を成膜して光変調素子５，５間に埋め込み、エッチングやＣＭＰ等により光変調素子５の上面（保護層５４）が露出するまで絶縁膜を除去して絶縁部材６としてもよい。

（上部電極形成工程Ｓ３０）
次に、上部電極２を形成する。光変調素子５，５間の絶縁部材６の上の、下部電極３Ａと直交するストライプ状の配線間（上部電極２，２間）領域にレジストマスクを形成し、その上から金属電極材料を成膜し、前記レジストをその上の金属電極材料ごと除去する（リフトオフ）ことにより、上部電極２とする。最後に、上部電極２，２間（および上）に絶縁部材６を堆積して、画素４Ａ（画素アレイ４０Ａ）とする（図８（ｅ）、（ｆ））。

なお、第１実施形態に係る画素アレイ４０を形成する場合は、下部電極形成工程Ｓ１０において、基板７上に成膜した透明電極材料を下部電極３の形状のストライプ状に加工して透明電極３１とした後、透明電極３１，３１間（下部電極３，３間）に絶縁部材６を堆積させる。以降は、前記工程Ｓ２０、Ｓ３０にて製造できる。

下部電極３Ａ（透明電極３１Ａ、金属電極３３）は、図７および図９を参照して説明する以下の方法で形成することもできる（下部電極形成工程Ｓ１０Ａ）。
最初に、前記と同様に基板７上に透明電極３１Ａを形成する（透明電極形成工程Ｓ１１ｅ）が、ここでは透明電極３１Ａを形成した（図７（ａ））後、さらにレジストＰＲ１を除去する。なお、リフトオフ法により透明電極３１Ａを形成することもできるが、この場合は、透明電極材料を無加熱で成膜して、レジストを除去して以降にポストアニールを行う。

次に、下部電極３Ａ，３Ａ間となる領域（配線間領域）に、絶縁部材６をリフトオフ法にて形成する（絶縁部材形成工程Ｓ１２ｂ）。基板７＋透明電極３１Ａ上の、下部電極３Ａとする領域すなわち配線領域にレジスト（ＰＲ４）マスクを形成し（図９（ａ）、（ｂ））、その上から絶縁材料を成膜して、レジストＰＲ４をその上の絶縁膜ごと除去する（図９（ｃ））。

次に、金属電極３３を形成する（金属電極形成工程Ｓ１３ｍ）。金属電極材料を成膜して透明電極３１Ａ，３１Ａ間および絶縁部材６，６間に埋め込み（図９（ｄ））、ＣＭＰ等により透明電極３１Ａおよび絶縁部材６の上面が露出するまで金属電極膜（３３）を除去して金属電極３３とする（図７（ｇ）、（ｈ））。このように、金属電極３３を透明電極３１Ａおよび絶縁部材６の後に形成することにより、ドライエッチングの困難なＣｕを適用することができる。なお、最初に下部電極３Ａ，３Ａ間領域の絶縁部材６を形成し、その上（基板７＋絶縁部材６上）に窓（透明電極３１Ａとする領域）を空けたレジストマスクを形成して、リフトオフ法とポストアニールにより透明電極３１Ａを形成して、図９（ｃ）に示す状態とすることもできる。

さらに、下部電極３Ａは、金属電極３３を先に形成してから、その孔に透明電極材料を埋め込んで透明電極３１Ａとすることで形成することもできる。図１０を参照してその一例を説明する（下部電極形成工程Ｓ１０Ｂ）。

最初に、基板７上に、リフトオフ法等により金属電極３３を形成する（金属電極形成工程Ｓ１１ｍ）。次に、金属電極３３，３３間（下部電極３Ａ，３Ａ間、配線間領域）に絶縁部材６をリフトオフ法にて形成する（絶縁部材形成工程Ｓ１２ｂ₁）。金属電極３３およびその孔上の、下部電極３Ａとする領域より少し狭い（細い）領域にレジスト（ＰＲ５）マスクを形成し（図１０（ａ）、（ｂ））、その上から絶縁材料を成膜し、レジストＰＲ５をその上の絶縁膜ごと除去する（図１０（ｃ））。

次に、透明電極３１Ａを形成する（透明電極形成工程Ｓ１３ｅ）。透明電極材料を金属電極３３より少し厚く成膜して金属電極３３の孔に埋め込む（図１０（ｄ））。透明電極膜（３１Ａ）上の、金属電極３３の孔の平面視形状より一回り大きい領域にレジスト（ＰＲ６）マスクを形成し、エッチングにより透明電極膜（３１Ａ）を加工し（図１０（ｅ））、レジストＰＲ６を除去する（図１０（ｆ））。この方法で形成された下部電極３Ａにおいては、透明電極３１Ａは、その厚さが金属電極３３より厚く、孔の周縁で金属電極３３の上面に積層された形状となる。

このように金属電極３３の孔より大きい領域に透明電極３１Ａを残すように加工することにより、金属電極３３の孔の側面に隙間が生じることなく、金属電極３３と透明電極３１Ａとの接続が確実に保持できる。なお、透明電極形成工程Ｓ１３ｅにおいては、透明電極材料を成膜する前に前記レジストＰＲ６の反転パターンのマスクを形成して、リフトオフ、そしてポストアニールを行って透明電極３１Ａを形成してもよい。さらに、透明電極形成工程Ｓ１３ｅを、絶縁部材形成工程Ｓ１２ｂ₁の前に、前記リフトオフ法にて行うこともできる。

以上、本発明を実施するための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。

本発明の効果を確認するために、計算機を用いたシミュレーションによって、本発明の第２実施形態に係る空間光変調器の画素について、その駆動電圧と透明電極の抵抗との関係を求めた。

モデルとする画素４Ａの仕様として、配線幅１μｍとし、下部電極３Ａの透明電極３１Ａは平面視０．５μｍ角の正方形とした。下部電極３Ａは透明電極３１Ａ上に下地層３２：Ｒｕ(３)を備え、光変調素子５は、下層（下部電極３Ａの下地層３２上）から、磁化自由層５３：ＧｄＦｅ(１０)、中間層５２：Ｃｕ(６)、磁化固定層５１：ＣｏＦｅ(１)／ＴｂＦｅＣｏ(２０)、保護層５４：Ｒｕ(３)からなる構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子とした。（ ）内数値は膜厚（単位ｎｍ）を示す。このような構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子のスピン注入磁化反転に要する電流密度は|２|×１０⁷Ａ／ｃｍ²である。そして、平面視サイズ０．１５μｍ×０．４μｍに形成した光変調素子５を、１つの画素４Ａに短辺方向に２個並べて備えた。具体的には、平面視において、透明電極３１Ａの中央上に２個の光変調素子５，５を間隔０．１μｍで並べて配置して、それぞれの光変調素子５の３辺（もう１個の光変調素子５と対向する側の辺以外）における透明電極３１Ａの端部からの距離は０．０５μｍとした。なお、光変調素子５，５は、互いに電気的・磁気的影響を受けることなく磁化反転するものとみなした。

下部電極３Ａの金属電極３３および上部電極２はＣｕ（比抵抗：１．６８×１０^-6Ω・ｃｍ）を適用したものとして、計算上、その抵抗は０とした。また、透明電極３１Ａには、３５０℃で成膜したＩＴＯ（比抵抗ρ＝１００μΩ・ｃｍ）を適用し、さらに無加熱で成膜される透明電極材料の比較例としてＩＺＯ（比抵抗ρ＝４５０μΩ・ｃｍ）を適用した。また、光変調素子５，５とその下の下地層３２，３２を合わせた抵抗Ｒdを１Ωとした。

１つの画素４Ａにおいて、光変調素子５，５をスピン注入磁化反転させるために必要な電流|Ｉ_STS|は、計算上２４ｍＡとなる。電流|Ｉ_STS|が、平面視０．５μｍ角の透明電極３１Ａの平面視中心で光変調素子５に供給される、透明電極３１Ａの端部（金属電極３３との界面）から印加する電圧（駆動電圧）Ｖを、Ｖ＝|Ｉ_STS|×(Ｒe＋Ｒd)より計算した（Ｒe：透明電極の抵抗）。

透明電極３１Ａの抵抗Ｒeは、Ｒe＝ρ×(距離)／(断面積)から求めた。透明電極３１Ａの距離（最大）は平面視の端部から中心までの長さ（０．２５μｍ）であり、断面積は平面視の一辺の長さ（０．５μｍ）と膜厚の積である。ＩＴＯ，ＩＺＯそれぞれの透明電極３１Ａについて、膜厚を変化させて駆動電圧を計算した結果を、図１１に、横軸を透明電極３１Ａの膜厚、縦軸を駆動電圧とするグラフで示す。

前記より、駆動電圧は、透明電極３１Ａの比抵抗、および膜厚の逆数にそれぞれ比例するので、図１１に示すように、比抵抗の低い加熱成膜によるＩＴＯからなる透明電極３１Ａがより低い駆動電圧で画素４Ａを動作させることができ、さらに透明電極３１Ａの膜厚を厚くするほど駆動電圧を低くすることができた。膜厚０．５μｍの透明電極３１Ａにおいて、ＩＺＯを用いた場合の駆動電圧は１３２ｍＶであり、光変調素子５の端部（距離０．０５μｍ）において|Ｉ_STS|に到達する電圧４５．６ｍＶに対して約３倍を要する。一方、本発明に係る実施例のＩＴＯを用いた場合の駆動電圧は４８ｍＶと低電圧で動作可能であり、光変調素子５の端部において２８．８ｍＶであるので、画素内における差も小さかった。また、例えば駆動電圧を１００ｍＶとする場合、ＩＺＯを用いた場合は膜厚０．７１μｍ以上とする必要があるのに対して、加熱成膜によるＩＴＯを用いた透明電極３１Ａでは、膜厚０．１５８μｍ以上であればよい。このように、低抵抗化された透明電極を適用できることで、低い駆動電圧で動作させることができ、あるいは透明電極３１Ａの膜厚を薄くして光の透過量を向上させることができる。

１ 空間光変調器（磁気光学式空間光変調器）
１０ 電流制御部
１１ 電源（電流供給手段）
１４ 画素選択部（画素選択手段）
４０，４０Ａ 画素アレイ
４，４Ａ 画素
２ 上部電極
３，３Ａ 下部電極
３１，３１Ａ 透明電極
３２ 下地層
３３ 金属電極
５ 光変調素子
５１ 磁化固定層
５２ 中間層
５３ 磁化自由層
５４ 保護層
６ 絶縁部材
７ 基板

Claims (3)

1. 光を透過させる基板と、この基板上に２次元配列された複数の画素と、前記複数の画素から１つ以上の画素を選択する画素選択手段と、この画素選択手段が選択した画素に所定の電流を供給する電流供給手段と、を備え、前記基板を透過して前記複数の画素に入射した光を反射させて出射する磁気光学式空間光変調器であって、
   前記画素は、前記画素選択手段に選択されたときに入射した光をその偏光方向を特定の方向に変化させて出射する光変調素子と、この光変調素子の上下に接続された上部電極および下部電極と、を備え、
   前記上部電極は、前記光変調素子から入射した光を反射させるように金属電極材料からなり、
   前記下部電極は、前記基板側から入射した光を透過させ、かつ前記光変調素子から出射した光を透過させるように、少なくとも一部が透明電極材料で形成され、
   前記透明電極材料は、結晶性材料であって、加熱成膜により成膜されている、またはポストアニールが施されていることを特徴とする磁気光学式空間光変調器。
2. 前記下部電極は、平面視で前記光変調素子に重なる領域に貫通孔が形成された金属電極と、前記金属電極の貫通孔に配されて前記光変調素子に電気的に接続する前記透明電極材料で形成された透明電極と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気光学式空間光変調器。
3. 下側から基板を透過して当該基板上に２次元配列された複数の画素に入射した光を反射させて出射する磁気光学式空間光変調器の製造方法において、
   少なくとも一部が透明電極材料で形成される下部電極を前記基板上に形成する下部電極形成工程と、前記下部電極上に光変調素子を形成する光変調素子形成工程と、前記光変調素子上に金属電極材料からなる上部電極を形成する上部電極形成工程と、を行い、
   前記下部電極形成工程において、前記透明電極材料を加熱成膜により成膜する、または前記透明電極材料を成膜後にポストアニールを行うことを特徴とする磁気光学式空間光変調器の製造方法。

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