特許 7168359 磁壁移動型空間光変調器の開口率向上構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】磁壁移動型空間光変調器の開口率向上構造

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/09 20060101AFI20221101BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20221101BHJP

   H01L 43/02 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

G02F1/09 503

H01L29/82 Z

H01L43/02

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018127489

(22)【出願日】2018-07-04

(65)【公開番号】P2020008633

(43)【公開日】2020-01-16

【審査請求日】2021-06-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】東田 諒

(72)【発明者】

【氏名】船橋 信彦

(72)【発明者】

【氏名】青島 賢一

(72)【発明者】

【氏名】町田 賢司

(72)【発明者】

【氏名】麻生 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】吉野 数馬

【審査官】井部 紗代子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０７３８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２２０５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９５５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２０１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４１４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／００１７０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１７３１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４５０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０６９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１９２５０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０５４０５９６７（ＣＮ，Ａ）

【文献】HIGASHIDA, Ryo et al.，Enhancement of a Diffracted Beam in a Domain-Wall-Motion-Type Light Modulator Array，IEEE Transactions on Magnetics，IEEE，2022年02月，Vol. 58, No. 2，pp. 1 - 5

【文献】RYU, Kwang-Su et al.，Current-Induced Domain-Wall Motion for Electron Flow in Ferromagnetic Pt/Co/Ni/Co/Pt Wires，IEEE Transaction on Magnetics，IEEE，2016年07月，Vol. 52, No. 7，pp. 1 - 4

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００ － １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１ － ７／００

Ｈ０１Ｌ ２７／２２

Ｈ０１Ｌ ２９／８２

Ｈ０１Ｌ ４３／００ －４３／１４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、前記光変調部の両端に平行に延びて配置され、互いに異なる保磁力を有する第１強磁性交換結合部及び第２強磁性交換結合部と、を有する磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、
前記磁壁移動型空間光変調器では、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部が延びている第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向と、に格子状に整列して配置され、
前記磁壁移動型空間光変調素子では、前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる磁化固定層と、前記磁化固定層上に形成され、強磁性材料からなることで前記磁化固定層と強磁性交換結合する光変調層と、を有し、
前記第１強磁性交換結合部における磁化固定層は、前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子間で共有され、
前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部は、互いに反平行な初期磁化方向を外部磁界により実現することが可能である、磁壁移動型空間光変調器。

【請求項2】

前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子の光変調部は、前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子間で共有される磁化固定層上で繋がって構成される、請求項１に記載の磁壁移動型空間光変調器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁壁移動型空間光変調器の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、立体ホログラフィにおいて実用に足る３０度以上の視域を確保するためには、表示装置である空間光変調器（ＳＬＭ）の画素ピッチを１ミクロン以下にする必要がある。液晶やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）など、既存のＳＬＭは画素ピッチが５ミクロン程度であり、これ以上の微細化は困難である。一方で、画素の書き換えにスピン注入磁化反転や磁壁移動を用いた磁気光学式空間光変調器（以降、ＭＯＳＬＭ）は、光利用効率や動作電流などの観点から性能改善の必要はあるものの、１ミクロン程度の画素ピッチを実現することができる。

【0003】

ＭＯＳＬＭは、磁化の向きに応じた光の偏光面の回転を明暗に割り当てることにより光の変調を実現するデバイスである。磁壁移動型ＳＬＭは、光変調層の両端に磁化固定層を配した構造により、光変調層に流す電流の向きによって磁区の拡大・縮小を制御することができる。スピン注入磁化反転を用いたＭＯＳＬＭに比べて、低消費電力が期待できる一方で、光変調層・磁化固定層１・磁化固定層２という３種類の強磁性層に十分な保磁力差を与えるとともに、複雑なデバイス構造を精密に作製するなど、１ミクロン以下を前提とする１画素内で高度なデバイス設計を実現する必要がある。

【0004】

特許文献１に記載の第１実施例は、磁化固定層と光変調層が強磁性結合していることを特徴とする磁壁移動型ＳＬＭの一例だが、このような構成とすることで、作製が困難な磁壁移動型ＳＬＭを比較的容易に作製することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－１４１４０２号公報

【文献】特願２０１７－１０９４７８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

磁壁移動型空間光変調器の１画素は磁化固定層と光変調層からなる。磁化固定層上部の光変調層は、素子の動作原理上、磁化の向きを変調することが出来ない。したがって、この素子の開口率は磁化固定層により制限されている。

【0007】

本発明は、磁壁移動型空間光変調器において、磁化固定層を隣接画素と共有することで開口率を向上させる構造を提案するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１） 入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、前記光変調部の両端に平行に延びて配置され、互いに異なる保磁力を有する第１強磁性交換結合部及び第２強磁性交換結合部と、を有する磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、前記磁壁移動型空間光変調器では、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向と、に格子状に整列して配置され、前記磁壁移動型空間光変素子では、前記第１強磁性交換結合部及び前記第２強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる第１強磁性層と、前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層と、を有し、前記第１強磁性層は、前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子間で共有される、磁壁移動型空間光変調器を提供する。

【0009】

（２） （１）の発明において、前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子の光変調部は、前記第１強磁性層上で繋がって構成されることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、磁壁移動型ＳＬＭの開口率が向上し、有効な光変調領域が増加するため、より明るい立体像を再生することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す斜視図である。

【図2】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。

【図3】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の動作を示す図である。

【図4】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。

【図5】特許文献２の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の一例を示す断面図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の上面図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の断面図である。

【図8A】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8B】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8C】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8D】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8E】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8F】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8G】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図8H】上記実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の製造方法を示す図である。

【図9】本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の上面図である。

【図10】本発明の第３実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の上面図である。

【図11】本発明の第２および第３実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

[第１実施形態]
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通する構成については同一の符号を付している。また、説明の便宜上、図中の上下左右を磁壁移動型空間光変調素子の上下左右として説明する。

【0013】

図１は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す斜視図である。図２は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の構成を示す側面図である。図３は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の動作を示す図である。図１及び図３中の矢印は、磁化方向の向きを示している。

【0014】

これら図１～図３に示すように、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０は、磁壁移動を利用した磁壁移動型空間光変調素子９１を備える。本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の基本構成は、図１～図４に示す特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０の構成と同様であるため、以下、その基本構成について詳しく説明する。

【0015】

図１に示すように、磁壁移動型空間光変調素子９１は、第１強磁性交換結合部１と、第２強磁性交換結合部２と、光変調部３と、を有し、図示しないＳｉ等の基板上に形成される。
第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２は、それぞれ図示しないＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、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下部電極を最下層に有し、この下部電極にパルス電流源９が接続されることでパルス電流を印加可能となっている。

【0016】

磁壁移動型空間光変調素子９１の形状については特に限定されないが、例えば図１に示すように、光変調部３が所定方向に延びる平板状に形成され、その両端に第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２が配置された形状が挙げられる。光変調部３と第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２の上面は連続して面一とされ、第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２の厚みは光変調部３の厚みよりも厚くなっている。

【0017】

図２に示すように、第１強磁性交換結合部１は、第１磁化固定層１１と、非磁性金属層１２及びバッファ層１３と、光変調層３０と、がこの順に積層されて構成される。

【0018】

第１磁化固定層１１は、強磁性材料からなり、本発明の第１強磁性層に相当する。第１磁化固定層１１は、磁化方向が一方向に固定された層であり、大きな保磁力を有する。第１磁化固定層１１は、後述する光変調層３０と同一方向の磁気異方性を有し、光変調層３０に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いた場合には、第１磁化固定層１１も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いる。好ましくは、第１磁化固定層１１及び光変調層３０ともに、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成される。

【0019】

第１磁化固定層１１は、磁化が垂直方向に固定された磁化固定層と磁化の方向が反転可能な磁化自由層で非磁性層を挟持する構造の垂直磁気異方性を有する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素子等の磁化固定層として公知の強磁性材料で構成可能である。具体的には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような遷移金属及びそれらを含む合金、例えばＴｂＦｅ系、ＴｂＦｅＣｏ系、ＣｏＣｒ系、ＣｏＰｔ系、ＣｏＰｄ系、ＦｅＰｔ系の合金を用いることができる。これにより、第１磁化固定層１１の保磁力を大きくすることができ、第１磁化固定層１１の磁化方向が外部磁場によって容易に変化しないように固定することが可能となる。

【0020】

また、第１磁化固定層１１は、これらの遷移金属の層と非磁性金属の層とを交互に積層した多層の積層体で構成してもよく、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ等の多層膜を用いることができる。これらの強磁性材料を用いることにより、強い垂直磁気異方性を有するとともに、大きな保磁力を有する第１磁化固定層１１が得られる。

【0021】

ここで、上述の多層膜は、熱処理することにより保磁力が増大する特性を有する。そのため、上述の多層膜からなる第１磁化固定層１１を熱処理してその保磁力を増大させると、光変調層３０と結合した後の強磁性交換結合部の保磁力もより大きくなり、光変調部３との保磁力差をより大きくすることができる。

【0022】

非磁性金属層１２及びバッファ層１３は、第１磁化固定層１１と光変調層３０との間に配置され、第１磁化固定層１１と光変調層３０の間の磁気的結合を保つようにすることができる。

【0023】

非磁性金属層１２は、上述の第１磁化固定層１１上に積層されて形成される。この非磁性金属層１２は、後述する製造工程において、第１磁化固定層１１にエッチングのダメージが及ばないようにするために設けられる。非磁性金属層１２は、非磁性金属からなり、非磁性の各種金属の薄膜層を用いることができる。例えば、非磁性金属層１２として、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｕを用いることができ、中でも、Ｔａからなるものが好ましく用いられる。

【0024】

バッファ層１３は、上述の非磁性金属層１２上に積層されて形成される。バッファ層１３は、磁壁移動を利用した空間光変調素子でもＴＭＲ素子でも電流を流せることが必要であるため、薄膜化したときに抵抗が大き過ぎず、適度な導電性を有するものである。また、バッファ層１３は、後述する製造工程におけるエッチングのレートが遅く、且つＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）の検出感度が高い元素を含み、ＳＩＭＳ式エンドポイントモニターで見える材料であることが望ましい。これにより、エッチングをバッファ層１３で確実に止めることが可能となり、第１磁化固定層１１にダメージが及ぶのを回避できる。

【0025】

バッファ層１３は、酸化物又は窒化物からなるもので構成される。より具体的には、バッファ層１３は、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ又はＲｕＯ_２から構成されることが好ましい。中でも、バッファ層１３としては、ＭｇＯからなるものが好ましく用いられる。このＭｇＯからなるＭｇＯ層によれば、適度な導電性を有し、エッチングのレートが遅いうえＳＩＭＳ感度が高いバッファ層１３を形成できる。

【0026】

光変調層３０は、上述のバッファ層１３上に積層されて形成される。この光変調層３０は、強磁性材料からなり、本発明の第２強磁性層に相当する。光変調層３０は、公知の強磁性材料を適用でき、好ましくは磁気光学効果（カー効果）の大きい材料を適用する。磁気光学効果を大きくするためには、垂直磁気異方性を有する磁性層を用いることが好ましく、具体的には、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜のような遷移金属とＰｄ、Ｐｔ、Ｃｕとを繰り返し積層した多層膜、又はＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ－ＴＭ合金）が挙げられる。中でも、光変調層３０としては、ＧｄＦｅからなるＧｄＦｅ層が好ましく用いられる。

【0027】

なお、光変調層３０は、後述する第２強磁性交換結合部２における第２強磁性層を構成するとともに、光変調部３自体を構成する。

【0028】

上述の構成からなる第１強磁性交換結合部１では、第１磁化固定層１１と光変調層３０は、非磁性金属層１２及びバッファ層１３を介して強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第１磁化固定層１１の磁化方向と第１強磁性交換結合部１における光変調層３０の磁化方向は同時反転する。

【0029】

第２強磁性交換結合部２は、第２磁化固定層２１と、非磁性金属層２２及びバッファ層２３と、光変調層３０と、がこの順に積層されて構成される。

【0030】

また、第２強磁性交換結合部２では、第１強磁性交換結合部１と同様に、第２磁化固定層２１と光変調層３０は、非磁性金属層２２及びバッファ層２３を介して強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第２磁化固定層２１の磁化方向と第２強磁性交換結合部２における光変調層３０の磁化方向は同時反転する。

【0031】

第２磁化固定層２１は、第１磁化固定層１１で使用可能な材料の中から選択され、同様に、非磁性金属層２２及びバッファ層２３も、それぞれ非磁性金属層１２及びバッファ層１３で使用可能な材料の中から選択される。

【0032】

ここで、第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２は、後段で詳述するように磁壁３３及び光変調領域３００を形成するために、互いの保磁力が異なるように設計される。これにより、第１磁化固定層１と第２磁化固定層２の保磁力差により、光変調制御に必須となる光変調層３０両端の互いに反平行な初期磁化方向を外部磁界により実現することが可能となっている。これについては、後段で詳述する。

【0033】

上述したように、光変調層３０は、光変調部３を構成する。この光変調層３０からなる光変調部３には、磁壁３３と、磁区３１，３２が形成されている。これについては、後段で詳述する。

【0034】

なお、各磁化固定層（以下、第１磁化固定層１１及び第２磁化固定層２１を単に磁化固定層とも言う。）、各非磁性金属層、各バッファ層、及び光変調層３０の各層間、又は下部電極との界面に、機能層を適宜設けてもよい。例えば、微細加工プロセス中に光変調層３０が受けるダメージを防ぐために、光変調層３０上に、Ｔａ、Ｒｕ又はＳｉＮを含む、あるいはＴａ、Ｒｕ又はＳｉＮからなるキャップ層を設けてもよい。このキャップ層は、光変調層３０の形成に用いられて酸化し易いＧｄＦｅやＴｂＦｅＣｏが、素子完成後に大気中で酸化するのを防止する機能を有する。

【0035】

次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子１０の磁気特性について、詳しく説明する。
上述した通り、第１強磁性交換結合部１は、光変調層３０と強磁性交換結合する第１磁化固定層１１ａを有し、第２強磁性交換結合部２は、同じく光変調層３０と強磁性交換結合する第２磁化固定層２１を有する。即ち、これら第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２は、それぞれ内部に強磁性交換結合を有し、それぞれの磁化方向は同時に反転する。そして、図１及び図３に示すように、第１強磁性交換結合部１の磁化方向は下向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部２の磁化方向は上向きに設計されている。

【0036】

光変調部３には、前記両強磁性交換結合部に垂直な方向に対して直交する面上に延びる磁壁３３が形成されている。即ち、磁壁３３の両側に形成される磁区３１，３２の磁化方向は互いに逆方向となっている。例えば図１及び図３に示すように、磁壁３３よりも第１強磁性交換結合部１側の磁区３１の磁化方向は上向きであり、磁壁３３よりも第２強磁性交換結合部２側の磁区３２の磁化方向は下向きとなっている。

【0037】

このように、磁壁３３を介して磁化方向の向きが異なる磁区３１，３２を光変調部３に形成することにより、磁壁移動型空間光変調素子１０を空間光変調素子として機能させることができる。より詳しくは、例えば磁壁移動型空間光変調素子１０を反射型の空間光変調素子として構成した場合には、磁壁移動型空間光変調素子１０の上方から光変調部３の上面に対して偏光の揃った光を入射すると、磁化方向の向きに応じて反射光の偏光面の回転角度が異なったものとなる。そのため、これら異なる偏光面の回転角度に応じた各反射光を、偏光フィルタを介してそれぞれ光の明暗に割り当てることにより、光の変調が可能となる。ただし、基板を、ガラスやサファイア等の透光性の材料で構成することにより、磁壁移動型空間光変調素子１０を透過型の空間光変調素子として機能させることも可能である。

【0038】

ここで、図２及び図３を参照して、磁壁３３の生成メカニズムについて説明する。
先ず、光変調部３に磁壁３３を形成するためには、光変調層３０と強磁性交換結合する第１磁化固定層１１の保磁力と、同じく光変調層３０と強磁性交換結合する第２磁化固定層２１の保磁力とを、互いに異なるものとすることが必要である。

【0039】

特許文献２では、第１磁化固定層１１の保磁力と第２磁化固定層２１の保磁力を互いに異なるものとする手法として、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層２１とで、互いに形状を異なるもの（例えば、第１磁化固定層１１の幅を広くすると保磁力は小さくなる）とするか、一方のみ熱処理するか、あるいは互いの層構成を異なるものとするか、のいずれかが選択される。これにより、第１磁化固定層１１の保磁力と第２磁化固定層２１の保磁力を互いに異なるものとすることで、第１強磁性交換結合部１の保磁力と第２強磁性交換結合部２の保磁力を異なるものとすることができる。

【0040】

図４は、特許文献２の磁壁移動型空間光変調器９０の構成を示す上面図である。
図４に示すように、複数の特許文献２に係る磁壁移動型空間光変調素子９１は、図示しない基板上にそれぞれ独立して作製され、整列される。

【0041】

本実施形態において、第１磁化固定層１１の保磁力と第２磁化固定層２１の保磁力を互いに異なるものとする手法としては特に限定されるものではなく、例えば特許文献２と同様に、第１磁化固定層１１と第２磁化固定層２１とで、互いに形状を異なるもの（例えば、第１磁化固定層１１の幅を広くすると保磁力は小さくなる）とするか、一方のみ熱処理するか、あるいは互いの層構成を異なるものとするか、のいずれかが選択される。これにより、第１磁化固定層１１の保磁力と第２磁化固定層２１の保磁力を互いに異なるものとすることで、第１強磁性交換結合部１の保磁力と第２強磁性交換結合部２の保磁力を異なるものとすることができる。

【0042】

例えば、上記の構成により、第１磁化固定層１１ａの保磁力を第２磁化固定層２１の保磁力よりも小さく設計することができる。この場合、図２に示すように第１強磁性交換結合部１の保磁力をＨｃ１とし、第２強磁性交換結合部２の保磁力をＨｃ２とし、光変調層の保磁力をＨｃ_ｍとすると、Ｈｃ２＞Ｈｃ１＞Ｈｃ_ｍの関係が成立する。

【0043】

そして、上述のような保磁力の関係が成立する構造の素子に対して、磁場の強さＨが、Ｈ＞Ｈｃ２である磁場を、素子に対して上向きに印加する。すると、第１強磁性交換結合部１、第２強磁性交換結合部２及び光変調部３のいずれにおいても、磁化方向の向きは上向きとなる。

【0044】

次いで、磁場の強さＨ’が、Ｈｃ２＞Ｈ’＞Ｈｃ１である磁場を、素子に対して下向きに印加する。すると、第２強磁性交換結合部２の磁化方向の向きは上向きのままであるのに対して、第１強磁性交換結合部１及び光変調部３の磁化方向の向きは、いずれも下向きに変化する。

【0045】

このとき、図３に示すように光変調部３の両端には、初期磁区３１ａ，３２ａが生成する。より詳しくは、光変調部３の第１強磁性交換結合部１側の端部には、第１強磁性交換結合部１からの漏れ磁界（図３中の破線矢印参照）により、第１強磁性交換結合部１の下向きの磁化とは反平行な上向きの磁化方向の初期磁区３１ａが生成する。また、光変調部３の第２強磁性交換結合部２側の端部には、第２強磁性交換結合部２からの漏れ磁界（図３中の破線矢印参照）により、第２強磁性交換結合部２の上向きの磁化とは反平行な下向きの磁化方向の初期磁区３２ａが生成する。

【0046】

次いでこの状態で、パルス電流源９からパルス電流を印加し、第１強磁性交換結合部１から第２強磁性交換結合部２、又は第２強磁性交換結合部２から第１強磁性交換結合部１に向けてパルス電流を流す。すると、初期磁区３１ａ，３２ａの生成により形成される磁壁３３を、パルス電流の向きと逆向き（電子の流れと同じ向き）に移動させることができる。これにより、図３に示すように、光変調部３の両端を除く光変調領域３００の磁化の向きを反転（図３の例では、光変調領域３００の磁化の向きを上向きに反転）させることが可能となっている。

【0047】

次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の詳細な構成について、図５を参照して説明する。
図５は、特許文献２に係る磁壁移動型空間光変調器９０の一例の構成を示す断面図である。図５中、各層の括弧内の数値は、各層の好ましい厚み（ｎｍ）の一例を示している。本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００は、素子中の強磁性交換結合部の配置が異なる以外は、特許文献２に係る磁壁移動型空間光変調器９０と同様の構成を有する。本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の詳細な構成については、後段の図７および図８に示す。

【0048】

図５に示す例では、磁壁移動型空間光変調素子９１は、Ｓｉバックプレーン４１上に形成されている。
第１強磁性交換結合部１及び第２強磁性交換結合部２はいずれも、Ｓｉバックプレーン４１側から順に、Ｔａ層４４、Ａｇ層４５、Ｃｏ／Ｐｄ層１１，２１、Ｔａ層１２，２２、ＭｇＯ層１３，２３、ＧｄＦｅ層３が積層されて構成されている。図７から明らかであるように、第１強磁性交換結合部１の幅と第２強磁性交換結合部２の幅は同一に設定されている。

【0049】

Ｓｉバックプレーン４１には、図示しない下部電極が含まれている。下部電極は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、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。
ただし、本実施形態では電流を流すことができればよく、例えばＳｉバックプレーン４１と同様に、アクティブマトリックス駆動する構成としてＴＦＴバックプレーンを用いてもよい。また、例えばＳｉバックプレーンの代わりに、単純マトリックス駆動する構成としてもよい。

【0050】

Ｔａ層４４及びＡｇ層４５は、上述の下部電極への密着性を向上させるために設けられる下地層である。これらＴａ及びＡｇであれば、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜１１，２１の磁気特性に悪影響を与えることがないため好ましい。なお、Ｔａの代わりにＲｕを用いてもよい。

【0051】

Ｃｏ／Ｐｄ層１１，２１はそれぞれ上述の第１，第２磁化固定層を構成し、Ｔａ層１２，２２は上述の非磁性金属層を構成し、ＭｇＯ層１３，２３は上述のバッファ層を構成する。

【0052】

なお、本実施形態では、第１磁化固定層１１ａと第２磁化固定層２１とでは、材質・形状が異なることにより、第１強磁性交換結合部１の保磁力Ｈｃ１と第２強磁性交換結合部２の保磁力Ｈｃ２との間に、例えばＨｃ２＞Ｈｃ１となるような保磁力差が発生する。これにより、Ｈｃ２＞Ｈｃ１＞Ｈｃ＿ｍという保磁力差が実現可能である。

【0053】

光変調部、即ち光変調層は、ＧｄＦｅ層３で構成されている。また、ＧｄＦｅ層３上には、キャップ層としてのＲｕ層４が形成されている。Ｒｕ層の代わりに、Ｔａ層、Ｗ層、Ｓｉ_３Ｎ_４層を用いてもよい。
なお、第１強磁性交換結合部１の左右両側、及び第２強磁性交換結合部２の左右両側は、絶縁部材としてのＳｉＯ_２層４２が隣接して配置されている。

【0054】

図６および図７は、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の上面図および詳細な構成を示す断面図である。
本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００は、上記の構成に加え、第１磁化固定層１１ａを前記第２方向に隣接する２つの素子間で共有して構成される。

【0055】

次に、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の製造方法の一例について、図８Ａ～図８Ｈを参照して詳しく説明する。
ここで、図８Ａ～図８Ｈは、特許文献２の実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器９０の製造方法の一部を示す図である。本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００は、これと同様の製造方法にて製造することができる。

【0056】

本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００の製造方法は、第１強磁性層形成工程と、非磁性金属層形成工程と、バッファ層形成工程と、キャップ層形成工程と、処理工程と、除去工程と、第２強磁性層形成工程と、を有する。
以下、これらの各工程について説明する。

【0057】

先ず、図８Ａに示すように、Ｓｉバックプレーン４１上に形成された絶縁部材のＳｉＯ_２層４２に対して、従来公知の電子線リソグラフィ等を用いて、第１磁化固定層及び第２磁化固定層の各形状に対応したレジストパターニングを実施する。即ち、第１磁化固定層及び第２磁化固定層の各形状に対応したレジスト層４０を、ＳｉＯ_２層４２上に形成する。そして、レジストパターニング後、高密度プラズマエッチングを実施する。この高密度プラズマエッチングは、イオンミリングより異方性エッチング特性が優れているため、本工程に特に好適に利用される。

【0058】

すると、図８Ｂに示すように、レジスト層４０が形成されていない領域のＳｉＯ_２層４２がエッチングにより除去される。このＳｉＯ_２層４２が除去された領域が、第１磁化固定層及び第２磁化固定層の形状にそれぞれ対応する。

【0059】

次いで、図８Ｃに示すように、第１強磁性層を構成する磁化固定層、非磁性金属層、バッファ層、及びバッファ層の酸化を抑制するキャップ層をこの順に形成する（第１強磁性層形成工程、非磁性金属層形成工程、バッファ層形成工程、及びキャップ層形成工程）。具体的には、Ｔａ層４４、Ａｇ層４５、Ｃｏ／Ｐｄ層１１，２１，５１、Ｔａ層１２，２２，５２、ＭｇＯ層１３，２３，５３、及びＳｉＯ_２層１４，２４，５４を、この順に連続して製膜する。製膜は、全てイオンビームスパッタ装置により実施可能である。ナノメートルオーダーと開口サイズが小さく、それに対して深さが深い領域の中に材料を製膜する必要があるため、スパッタ粒子の直進性が高いイオンビームスパッタ法が特に好ましいからである。ただし、これに限定されず、例えば分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の従来公知の方法を利用できる。

【0060】

次いで、図８Ｄに示すように、リフトオフを実施し、残存しているレジスト層４０を除去する（処理工程）。具体的には、素子を真空中から大気中に取り出した後、リフトオフを実施する。これにより、レジスト層４０上に形成されていた層の全てが除去される。レジスト層４０の除去には、従来公知のレジスト剥離剤を用いることができる。

【0061】

そして、リフトオフ後、必要に応じて、アニール炉にて３５０℃の熱処理を実施する（処理工程）。この熱処理により、各磁化固定層を構成するＣｏ／Ｐｄ層１１，２１の保磁力が増大する。処理工程における熱処理温度は、例えば３００℃以上であることが好ましい。

【0062】

次いで、図８Ｅに示すように、イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）を実施する（除去工程）。これにより、最表面のＳｉＯ_２層１４，２４を全て除去するとともに、ＭｇＯ層１３，２３の一部を除去する。即ち、エッチングを、ＭｇＯ層１３，２３の途中まで実施する。このとき、ＭｇＯ層１３，２３は、エッチングレートが遅いうえ、ＭｇはＳＩＭＳ感度が高い特性を有するため、ＳＩＭＳ式エンドポイントモニターでの検出に最適である。これにより、エッチングをＭｇＯ層１３，２３の途中で確実に止めることができるようになっている。

【0063】

イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）終了後、光変調層製膜装置まで素子を真空（例えば、１×１０^－６［Ｐａ］）搬送する。そして、図８Ｆに示すように、光変調層製膜装置内で、光変調層としてのＧｄＦｅ層３を例えばイオンビームスパッタ装置により製膜する。加えて、ＧｄＦｅ層３上に、さらにキャップ層としてのＲｕ層４を例えばイオンビームスパッタ装置により製膜する。

【0064】

次いで、図８Ｇに示すように、電子線リソグラフィ等にて光変調層のレジストパターニングを実施する。即ち、Ｒｕ層４上に所望のパターンに対応したレジスト層４０を形成する。そして、レジストパターニング後、イオンビームミリング（又は高密度プラズマエッチング）を実施する。

【0065】

すると、図８Ｈに示すように、レジスト層４０が形成されていない領域のＧｄＦｅ層３及びＲｕ層４がエッチングにより除去される。これにより、光変調層を構成するＧｄＦｅ層３が所望のパターン形状に形成される（第２強磁性層形成工程）。

【0066】

最後に、最上層に残存しているレジスト層４０を、従来公知のレジスト剥離剤で除去する。以上により、図５に示す磁壁移動型空間光変調器９０が得られる。同様の製造方法により、第１磁化固定層１１ａが前記第２方向に隣接する２つの素子間で共有される構成の磁壁移動型空間光変調器を製造することで、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００が得られる。

【0067】

以上説明した本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００によれば、第１強磁性層上に、非磁性金属層、バッファ層、及びバッファ層の酸化を抑制するキャップ層をこの順に形成し、この状態で、リフトオフ処理と必要に応じて熱処理を実施する。そして、キャップ層の全部及びバッファ層の一部を除去した後に、第２強磁性層を形成する。

【0068】

ここで、本実施形態のように磁壁移動を利用した光変調素子を製造するためには、光変調層３０の製膜前に、一旦素子を大気中に取り出してリフトオフする必要がある。そのため、従来の微細加工プロセスでは、その工程上、２つの強磁性薄膜を真空中一貫で連続して製膜できず、強磁性交換結合させることができなかったところ、本実施形態の製造方法によれば、処理工程と製膜工程とを分けることができるため、第１強磁性層と第２強磁性層を強磁性交換結合させることができる。従って、本実施形態によれば、各種微細加工プロセスに適用可能である。

【0069】

また、本実施形態によれば、バッファ層１３上にバッファ層１３以下の層の酸化を抑制するキャップ層を形成するため、素子を真空一貫装置から取り出した際に、別装置にて３００℃～４００℃程度で熱処理することもできる。そして、熱処理後、イオンビームミリング等でキャップ層全てとバッファ層１３の途中までを除去し、もう一方の熱耐性の無いＧｄＦｅ、Ｇｄ等の第２強磁性層を製膜することで、強磁性交換結合させることができる。

【0070】

図６に示すように、本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００は、第１強磁性交換結合部１における第１強磁性層（第１磁化固定層１１ａ）を前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子１０間で共有して構成される。

【0071】

これにより、隣接素子間の間隔を狭めて有効な光変調領域を増加させ、開口率を向上させることができる。

【0072】

[第２実施形態]
図９は、本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器２００ａの一例の構成を示す上面図である。
本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器２００ａは、前記第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００における光変調部において、前記第２方向に隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子の光変調部は、前記第１強磁性層上で繋がって構成される。

【0073】

これにより、前記磁壁移動型空間光変調器１００と比較して、第１磁化固定層１１を微小化することが出来るため、更に開口率を向上させることが可能である。さらに素子１つあたりの有効面積を大きく採ることができるため、製造時に上記の位置合わせ回数が減少し、生産効率が向上する。

【0074】

[第３実施形態]
図１０は、本発明の第３実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器２００ｂの一例の構成を示す上面図である。
本実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器２００ｂは、磁壁移動型空間光変調器２００ａにおいて、前記第１方向に隣接する複数の磁壁移動型空間光変調素子２０ｂ間で、第１強磁性層を共有して構成される。

【0075】

これにより、前記磁壁移動型空間光変調器２００ａと比較して、製造時に上記の位置合わせ回数がさらに減少し、生産効率がより向上する。また、第１強磁性交換結合部１における第１強磁性層（第１磁化固定層１１ｃ）を前記第１方向に長い形状にすることで、第２強磁性交換結合部２における第１強磁性層（第２磁化固定層２１）との形状の違いにより保磁力差を設けることができる。

【0076】

図１１は、本発明の第２および第３実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子２０ａおよび２０ｂの一例の構成を示す断面図である。
磁壁移動型空間光変調器２００は、１つの前記第１強磁性交換結合部の両側に２つの前記第２強磁性交換結合部を備えることで、例えば１つの磁壁移動型空間光変調素子２０ａおよび２０ｂにおいて、上記第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子１０の有する２倍の面積の光変調領域を有することができる。この時、前記面積あたりの磁壁移動型空間光変調素子１０の有する強磁性交換結合部の合計数は４であり、磁壁移動型空間光変調素子２０ａおよび２０ｂの有する強磁性交換結合部の数は３である。強磁性交換結合部においては光変調領域が開口していない。即ち、同面積の光変調領層３０を有する素子において、強磁性交換結合部が少なければ有効な光変調領域３００が増加し、光変調領域開口率が向上するため、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器２００は、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調器１００よりも高い光変調領域開口率を得られる。

【0077】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0078】

１ 第１強磁性交換結合部
２ 第２強磁性交換結合部
３ 光変調部
９ パルス電流源
１０，２０ａ，２０ｂ，９１ 磁壁移動型空間光変調素子
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 第１磁化固定層（第１強磁性層）
１２，２２ 非磁性金属層
１３，２３ バッファ層
２１ 第２磁化固定層（第１強磁性層）
３０ 光変調層（第２強磁性層）
３１，３２ 磁区
３１ａ，３２ａ 初期磁区
３３ 磁壁
９０，１００，２００ａ，２００ｂ 磁壁移動型空間光変調器
３００ 光変調領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図8H】

【図9】

【図10】

【図11】