(57)【要約】【課題】従来の材料系よりも強い強度の発光が得られる発光素子、圧電特性も兼ね備える圧電発光素子、これで表示面が構成された表示装置を提供する。【解決手段】第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜１１ａと、第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜１１ｂとを含む積層石英ガラス膜１１を有する構成とする。この積層石英ガラス膜１１は、光または電子線の刺激を受けて、光または電子線ルミネッセンスにより発光する。あるいは、積層石英ガラス膜１１は光または電子線の刺激を受けて発光し、かつ、圧電特性を有する。さらには、この圧電発光素子を有する画素が、表示面にマトリクス状に複数個並べられて構成された表示装置とする。【選択図】図１
2006045364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、
前記第１の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成と異なる第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜と
を含む積層石英ガラス膜を有し、
前記積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光する
発光素子。
【請求項２】
前記第１の石英ガラス膜および前記第２の石英ガラス膜が、それぞれ前記不純物元素として４価の元素を含有する
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記積層石英ガラス膜が、前記４価の元素として少なくともゲルマニウム、チタンおよびスズのいずれかを含有する
請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成および前記第２の組成と異なる第３の組成で不純物元素を含有する第３の石英ガラス膜をさらに含む
請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の石英ガラス膜、前記第２の石英ガラス膜および前記第３の石英ガラス膜がこの順に繰り返し多層積層されている
請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の石英ガラス膜、前記第２の石英ガラス膜および前記第３の石英ガラス膜が、それぞれ前記不純物元素として４価の元素を含有する
請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の石英ガラス膜が前記４価の元素としてゲルマニウムを含み、
前記第２の石英ガラス膜が前記４価の元素としてチタンを含み、
前記第３の石英ガラス膜が前記４価の元素としてスズを含む
請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
ゲルマニウムを含有する石英ガラス膜を有し、
前記石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光する
発光素子。
【請求項９】
スズを含有する石英ガラス膜を有し、
前記石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光する
発光素子。
【請求項１０】
前記積層石英ガラス膜または前記石英ガラス膜に、加熱処理がなされてなる
請求項１〜９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１１】
前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の一端面に所定波長の入射光が入射されると、前記所定波長を保って前記入射光の強度を増幅した出射光を、前記入射光の進行方向である前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の他端面から出射し、光増幅器として機能する
請求項１〜１０のいずれかの記載の発光素子。
【請求項１２】
前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の一対の端面が鏡面となっており、
前記一対の鏡面間で共鳴した波長の光を一方の端面からレーザ光として出射する
請求項１〜１０のいずれかの記載の発光素子。
【請求項１３】
光弾性効果により、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜に印加される圧力に応じて発光する光の波長が変化する
請求項１〜１０のいずれかの記載の発光素子。
【請求項１４】
前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の一対の端面が鏡面となっており、
前記一対の鏡面間で共鳴した波長の光を一方の端面からレーザ光として出射し、
光弾性効果により、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜に印加される圧力に応じて発振するレーザ光の波長が変化する
請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、
前記第１の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成と異なる第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜と
を含む積層石英ガラス膜を有し、
前記積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光し、かつ、圧電特性を有する
圧電発光素子。
【請求項１６】
第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、
前記第１の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成と異なる第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜と
を含む積層石英ガラス膜を有し、
前記積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光し、かつ、圧電特性を有する圧電発光素子を有する画素が、表示面にマトリクス状に複数個並べられて構成されている
表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子、圧電発光素子および表示装置に関し、特に、ゲルマニウムなどの４価の元素をドープしたシリカガラスおよびその積層体よりなる発光素子および圧電発光素子に関し、さらにこの圧電発光素子を用いた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石英ガラス材料は優れた光伝搬特性を有しており、光ファイバや集積光導波路などに用いられている。
一方で、石英ガラス材料はフォトルミネッセンスによる発光材料としても着目されており、近年様々な研究が行われている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、ＳｉとＳｉＯ2の共スパッタリングによるＳｉ：ＳｉＯ2膜がアニール処理なしで、３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ光の照射により青色光を発光することが記載されている
【０００４】
また、非特許文献２には、ＴｉとＳｉＯ2の共スパッタリングによるＴｉ：ＳｉＯ2膜がアニール処理なしで、３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ光の照射により青色光を発光することが記載されている。
【０００５】
また、非特許文献３には、ナノサイズの非晶質シリカ微粒子から焼成により合成したバルクシリカガラスが、２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの４倍波の照射により可視領域ほぼ全体にわたる白色光を発光することが記載されている。
【非特許文献１】花泉修ら、電気情報通信学会論文誌  Ｃ，Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ｃ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１０３６−３７
【非特許文献２】花泉修ら、電気情報通信学会論文誌  Ｃ，Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｃ，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１２１８−１９
【非特許文献３】内野隆司、”ナノサイズシリカ微粒子から合成したシリカガラスの構造と発光特性”、[online]、平成15年9月23日、ナノテクノロジー総合支援プロジェクトセンター、[平成16年8月4日検索]、インターネット＜URL：http://www.nanonet.go.jp/japanese/mailmag/2003/035b.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、上記の従来より知られている材料系では、十分な発光強度が得られていないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光素子は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、前記第１の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成と異なる第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有し、前記積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光する。
【０００８】
上記の本発明の発光素子は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有する。この積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて、光または電子線ルミネッセンスにより発光する。
【０００９】
上記の本発明の発光素子は、好適には、前記第１の石英ガラス膜および前記第２の石英ガラス膜が、それぞれ前記不純物元素として４価の元素を含有する。
さらに好適には、前記積層石英ガラス膜が、前記４価の元素として少なくともゲルマニウム、チタンおよびスズのいずれかを含有する。
【００１０】
上記の本発明の発光素子は、好適には、前記第２の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成および前記第２の組成と異なる第３の組成で不純物元素を含有する第３の石英ガラス膜をさらに含む。
さらに好適には、前記第１の石英ガラス膜、前記第２の石英ガラス膜および前記第３の石英ガラス膜がこの順に繰り返し多層積層されている。
またさらに好適には、前記第１の石英ガラス膜、前記第２の石英ガラス膜および前記第３の石英ガラス膜が、それぞれ前記不純物元素として４価の元素を含有する。
またさらに好適には、前記第１の石英ガラス膜が前記４価の元素としてゲルマニウムを含み、前記第２の石英ガラス膜が前記４価の元素としてチタンを含み、前記第３の石英ガラス膜が前記４価の元素としてスズを含む。
【００１１】
また、本発明の発光素子は、ゲルマニウムを含有する石英ガラス膜を有し、前記石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光する。
あるいは、本発明の発光素子は、スズを含有する石英ガラス膜を有し、前記石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光する。
【００１２】
上記の本発明の発光素子は、好適には、前記積層石英ガラス膜または前記石英ガラス膜に、加熱処理がなされてなる。
【００１３】
上記の本発明の発光素子は、好適には、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の一端面に所定波長の入射光が入射されると、前記所定波長を保って前記入射光の強度を増幅した出射光を、前記入射光の進行方向である前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の他端面から出射し、光増幅器として機能する。
【００１４】
上記の本発明の発光素子は、好適には、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の一対の端面が鏡面となっており、前記一対の鏡面間で共鳴した波長の光を一方の端面からレーザ光として出射する。
【００１５】
上記の本発明の発光素子は、好適には、光弾性効果により、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜に印加される圧力に応じて発光する光の波長が変化する。
さらに好適には、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜の一対の端面が鏡面となっており、前記一対の鏡面間で共鳴した波長の光を一方の端面からレーザ光として出射し、光弾性効果により、前記積層石英ガラス膜あるいは前記石英ガラス膜に印加される圧力に応じて発振するレーザ光の波長が変化する。
【００１６】
また、本発明の圧電発光素子は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、前記第１の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成と異なる第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有し、前記積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光し、かつ、圧電特性を有する。
【００１７】
上記の本発明の圧電発光素子は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有する。この積層石英ガラス膜は、光または電子線の刺激を受けて光または電子線ルミネッセンスにより発光し、さらに圧電特性を有する。
【００１８】
また、本発明の表示装置は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、前記第１の石英ガラス膜上に積層され、前記第１の組成と異なる第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有し、前記積層石英ガラス膜は光または電子線の刺激を受けて発光し、かつ、圧電特性を有する圧電発光素子を有する画素が、表示面にマトリクス状に複数個並べられて構成されている。
【００１９】
上記の本発明の表示装置は、上記の本発明の圧電発光素子を有する画素が、表示面にマトリクス状に複数個並べられて構成されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の発光素子は、従来から知られている材料系よりも十分に強い強度の発光が得られる発光素子である。
【００２１】
本発明の圧電発光素子は、強い強度の発光が得られる他、圧電特性も同時に備えている。
【００２２】
本発明の表示装置は、マトリクス状に並べられ、強い強度の発光が得られる他、圧電特性も同時に備えた本発明の圧電発光素子によって表示面が構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の発光素子および圧電発光素子の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１（ａ）は本実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
例えば、シリコンあるいは石英ガラス板などからなる基板１０上に、積層石英ガラス膜１１が形成されて構成されている。
ここで、積層石英ガラス膜１１は、第１の組成でゲルマニウム、チタン、スズなどの４価の金属イオンをドープした第１の石英ガラス（Ｍ14+：ＳｉＯ2）膜と、第１の組成と異なる第２の組成でゲルマニウム、チタン、スズなどの４価の金属イオンをドープした第２の石英ガラス（Ｍ24+：ＳｉＯ2）膜とを含む。
上記の積層石英ガラス膜１１は、光源１５からの励起光ＰＬまたは電子線の刺激を受けると、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスにより、発光する。
【００２５】
本実施形態の発光素子は、好適には、第１の石英ガラス膜および第２の石英ガラス膜が、それぞれ不純物元素として４価の元素を含有することが好ましく、特に積層石英ガラス膜が、４価の元素として少なくともゲルマニウム、チタンおよびスズのいずれかを含有することが好ましい。
【００２６】
図１（ｂ）は、積層石英ガラス膜１１の一例の詳細な構成を示す断面図である。
基板１０上に、第１の組成で４価の金属イオンをドープした第１の石英ガラス膜１１ａ、第１の組成と異なる第２の組成で４価の金属イオンをドープした第２の石英ガラス膜１１ｂ、および、第１の組成および第２の組成と異なる第３の組成で４価の金属イオンをドープした第３の石英ガラス膜１１ｃがこの順に繰り返し多層積層されている構成となっている。
例えば、第１の石英ガラス膜１１ａは４価の元素として１０％のゲルマニウムがドープされた石英ガラス膜（Ｇｅ：ＳｉＯ2、以下単にゲルマニウムドープ層とも称する）であり、第２の石英ガラス膜１１ｂは４価の元素として１０％のチタンがドープされた石英ガラス膜（Ｔｉ：ＳｉＯ2、以下単にチタンドープ層とも称する）であり、第３の石英ガラス膜１１ｃは４価の元素として１０％のスズがドープされた石英ガラス膜（Ｓｎ：ＳｉＯ2、以下単にスズドープ層とも称する）である。
第１の石英ガラス膜１１ａ、第２の石英ガラス膜１１ｂおよび第３の石英ガラス膜１１ｃは、それぞれ例えば１０〜２０ｎｍ程度の膜厚の人工格子構造となっており、積層石英ガラス膜１１全体で１〜数μｍの膜厚となっている。
【００２７】
また、第２の石英ガラス膜上に積層され、第１の組成および前記第２の組成と異なる第３の組成で不純物元素を含有する第３の石英ガラス膜をさらに含むことが好ましい。
この場合、第１の石英ガラス膜、第２の石英ガラス膜および第３の石英ガラス膜がこの順に繰り返し多層積層されていることが好ましく、第１の石英ガラス膜、第２の石英ガラス膜および第３の石英ガラス膜が、それぞれ不純物元素として４価の元素を含有することがさらに好ましい。
具体的には、第１の石英ガラス膜が４価の元素としてゲルマニウムを含み、第２の石英ガラス膜が４価の元素としてチタンを含み、第３の石英ガラス膜が４価の元素としてスズを含む構成とすることができる。
【００２８】
図１（ｃ）は、積層石英ガラス膜１１の他の例の詳細な構成を示す断面図である。
基板１０上に、第１の組成で４価の金属イオンをドープした第１の石英ガラス膜１１ａ、および、第１の組成と異なる第２の組成で４価の金属イオンをドープした第２の石英ガラス膜１１ｂが交互に多層積層されている構成となっている。
例えば、第１の石英ガラス膜１１ａは４価の元素として１０％のゲルマニウムがドープされた石英ガラス膜（ゲルマニウムドープ層）であり、第２の石英ガラス膜１１ｂは４価の元素として１０％のチタンがドープされた石英ガラス膜（チタンドープ層）である。
第１の石英ガラス膜１１ａおよび第２の石英ガラス膜１１ｂは、それぞれ例えば１０〜２０ｎｍ程度の膜厚の人工格子構造となっており、積層石英ガラス膜１１全体で１〜数μｍの膜厚となっている。
【００２９】
本実施形態に係る積層石英ガラス膜を有する発光素子は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有しており、従来から知られている材料系よりも十分に強い強度の発光が得られる発光素子である。
【００３０】
上記のような構成の積層石英ガラス膜１１に対して、例えば６００〜８００℃程度の加熱処理を施すことで、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスによる積層石英ガラス膜１１からの発光強度を高めることができる。
【００３１】
次に、第１の石英ガラス膜１１ａとしてゲルマニウムドープ層を、第２の石英ガラス膜１１ｂとしてチタンドープ層を、第３の石英ガラス膜１１ｃとしてスズドープ層を積層した人工格子構造の形成方法について説明する。
例えば、マルチターゲットのスパッタリング装置を用いて、ゲルマニウム、チタン、スズと順次ターゲットを換えてこれらをドープした層を順番に積層することで、形成することができる。
また、単一ターゲットのスパッタリング装置を用いても、ターゲット部分を図２（ａ）の側面図および図２（ｂ）の平面図に示すような構成にすることで、上記の積層構造を形成することができる。
１枚の円形の石英ガラス板ターゲット２０の表面を１２０°毎に３分割し、各領域の上に、ゲルマニウムペレット２１ａ、チタンペレット２１ｂおよび二酸化スズペレット２１ｃを適当量配置する。
さらにターゲットの上部に１２０°の開口窓２２ａを設けた円盤状の回転マスク２２を設け、一定時間毎に回転させることで、ゲルマニウムペレット２１ａ、チタンペレット２１ｂおよび二酸化スズペレット２１ｃの各領域毎に順次露出させてスパッタリングすることで、上記の積層構造を形成することができる。
さらに、上記のようのに積層石英ガラス膜を形成した後、発光強度を高めるために、例えば６００〜８００℃程度の加熱処理を施す。
【００３２】
（実施例１）
シリコン基板上に下部電極をパターン形成し、その上層に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すターゲット部分を有するＲＦマグネトロンスパッタリング装置により、１０％のゲルマニウムドープ層、１０％のチタンドープ層および１０％のスズドープ層をこの順に繰り返し多層積層し、（Ｇｅ／Ｔｉ／Ｓｎ）の人工超格子構造の積層石英ガラス膜を有する発光素子を形成した。
スパッタリングは、８０％のアルゴンおよび２０％の酸素の混合ガス雰囲気下、１〜２Ｐａのガス圧とし、２００〜２５０℃の基板温度で行った。
ゲルマニウムドープ層、チタンドープ層、スズドープ層の各層の膜厚はそれぞれ２０ｎｍ程度とし、これらを５０〜１００層積層させて全体で１〜２μｍとした。２０ｎｍの膜厚に要するスパッタリング時間は約４分であり、上述のスパッタリング装置においてマスク板を約４分毎に１２０°回転させて多層積層させて行った。
積層石英ガラス膜を形成した後、６００〜８００℃で加熱処理して、発光強度を高めた。
【００３３】
上記の積層石英ガラス膜を有する発光素子について、２４８ｎｍの波長のエキシマレーザ光を照射したときの積層石英ガラス膜からの発光を分光して得られる蛍光スペクトルを測定した。
図３（ａ）は本実施例に係る積層石英ガラス膜を有する発光素子の可視光領域の蛍光スペクトルである。
４２０ｎｍ付近と５００〜７００ｎｍにかけて幅広なピークを有し、やや紫がかった白色の蛍光を発光した。
【００３４】
図３（ｂ）は、上記の積層石英ガラス膜を有する発光素子の蛍光強度の減衰を示す。これは、Ｏ／Ｅ変換器を用いて高周波オシロスコープにより測定した結果をプロットしたものである。
本実施例に係る積層石英ガラス膜の蛍光寿命は約２０ｎｓｅｃであり、従来より知られているポーラスシリコンやナノクリスタルシリコンなどのＳｉ系の発光材料と同等の蛍光寿命であることがわかった。
【００３５】
（実施例２）
実施例１と同様にして、１０％のゲルマニウムドープ層、１０％のチタンドープ層および１０％のチタンドープ層をこの順に繰り返し多層積層し、（Ｇｅ／Ｔｉ／Ｔｉ）の人工超格子構造の積層石英ガラス膜を有する発光素子を形成した。
実施例１と同様にして、２４８ｎｍの波長のエキシマレーザ光を照射したときの積層石英ガラス膜からの発光を分光して得られる蛍光スペクトルを測定した。
図４は本実施例に係る積層石英ガラス膜を有する発光素子の可視領領域の蛍光スペクトルである。
４２０ｎｍ付近と５００〜７００ｎｍにかけて、Ｇｅ／Ｔｉ／Ｓｎよりも細かい構造を持つピークを有する蛍光を発光した。
【００３６】
第２実施形態
図５は本実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
例えば、シリコンあるいは石英ガラス板などからなる基板１０上に、石英ガラス膜１２が形成されて構成されている。
ここで、石英ガラス膜１２は、ゲルマニウムを含有する石英ガラス膜（Ｇｅ：ＳｉＯ2）あるいはスズを含有する石英ガラス膜（Ｓｎ：ＳｉＯ2）である。
上記の石英ガラス膜１２は、光源１５からの励起光ＰＬまたは電子線の刺激を受けると、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスにより、発光する。
上記のような構成の石英ガラス膜１２に対して、例えば６００〜８００℃程度の加熱処理を施すことで、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスによる石英ガラス膜１２からの発光強度を高めることができる。
【００３７】
本実施形態に係る石英ガラス膜を有する発光素子は、ゲルマニウムを含有する石英ガラス膜あるいはスズを含有する石英ガラス膜を有しており、従来から知られている材料系よりも十分に強い強度の発光が得られる発光素子である。
【００３８】
第３実施形態
第１実施形態の発光素子における積層石英ガラス膜あるいは第２実施形態の発光素子における石英ガラス膜を用いて、入射される光を増幅して出力する光増幅器を構成することができる。
図６は本実施形態に係る光増幅器として機能する発光素子の構成を示す模式図である。
第１実施形態の発光素子における積層石英ガラス膜１１あるいは第２実施形態の発光素子における石英ガラス膜１２は、光源１５からの励起光ＰＬまたは電子線の刺激を受けると、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスにより、発光する。
ここで、第１実施形態の発光素子における積層石英ガラス膜１１あるいは第２実施形態の発光素子における石英ガラス膜１２の一端面に、所定波長の入射光Ｌ1が入射されると、誘導放出によって、所定波長を保って入射光の強度を増幅した出射光Ｌ2を入射光の進行方向である積層石英ガラス膜あるいは石英ガラス膜の他端面から出射する。
このようにして、本実施形態に係る発光素子は光増幅器として機能することができる。
【００３９】
第４実施形態
第１実施形態の発光素子における積層石英ガラス膜あるいは第２実施形態の発光素子における石英ガラス膜を用いて、レーザ光を出射する発光素子（レーザ素子）を構成することができる。
図７は本実施形態に係るレーザ光を出射する発光素子の構成を示す模式図である。
第１実施形態の発光素子における積層石英ガラス膜１１あるいは第２実施形態の発光素子における石英ガラス膜１２において、一対の端面が鏡面Ｍとなっている。光源１５からの励起光ＰＬまたは電子線の刺激を受けると、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスにより、発光するが、本実施形態では、一対の鏡面Ｍ間で所定の波長の光が共鳴し、増幅され、一方の端面からレーザ光ＬＳとして出射される。
【００４０】
第５実施形態
第１実施形態の発光素子における積層石英ガラス膜あるいは第２実施形態の発光素子における石英ガラス膜において、光弾性効果により、印加される圧力に応じて発光する光の波長が変化する構成とすることができる。
特に、第４実施形態のようなレーザ素子に適用すると、光弾性効果により、印加される圧力に応じて発振するレーザ光の波長が変化して、波長選択可能なレーザを構成することができる。
【００４１】
第６実施形態
図８は本実施形態に係る圧電発光素子の構成を示す断面図である。
例えば、シリコンあるいは石英ガラス板などからなる基板１０上に、下部電極１３ａが形成され、この上層に、積層石英ガラス膜１１が形成されて構成されており、この上層に上部電極１３ｂが形成されている。
ここで、積層石英ガラス膜１１は、第１の組成でゲルマニウム、チタン、スズなどの４価の金属イオンをドープした第１の石英ガラス（Ｍ14+：ＳｉＯ2）膜と、第１の組成と異なる第２の組成でゲルマニウム、チタン、スズなどの４価の金属イオンをドープした第２の石英ガラス（Ｍ24+：ＳｉＯ2）膜とを含む。
上記の積層石英ガラス膜１１は、光源１５からの励起光ＰＬまたは電子線の刺激を受けると、フォトルミネッセンスまたは電子線ルミネッセンスにより、発光する。さらに、上記の積層石英ガラス膜１１は、圧電特性を有する。
【００４２】
圧電特性を兼ね備える圧電発光素子の場合には、例えば図１（ｂ）に示すように、３種類の層を繰り返し積層することで、積層方向に非対称構造とすることができ、圧電性の基本条件である点対称性が欠落した条件を確保することができる。
上記のような構成の積層石英ガラス膜１１に対して、分極処理あるいは加熱処理などの圧電性付与処理を施すことで圧電性を付与することができる。
【００４３】
上記のように圧電性付与処理により圧電性が付与され、しかも圧電性の急激な消失が防止される理由は、以下のように考えられる。即ち、圧電性付与処理により移動した不純物イオンＭ4+が層の境界を越えて隣接層に侵入すると、ドープ金属のイオン半径が異なるため侵入イオンがトラップされて分極状態が維持され、圧電性の安定化が可能になっているものと考えられる。
従って、層の境界が重要な役割を果たすものと考えられる。下層の第１の石英ガラス膜１１ａと上層の第２の石英ガラス膜１１ｂの境界における効果をｄabとし、同様に下層の第２の石英ガラス膜１１ｂと上層の第３の石英ガラス膜１１ｃの境界における効果をｄbc、下層の第３の石英ガラス膜１１ｃと上層の第１の石英ガラス膜１１ａの境界における効果をｄcaとすると、全体の効果はこれらの和となるものと考えられる。
【００４４】
上記の３種類の層を繰り返し積層する他、図１（ｃ）に示すように、２種類の層を交互に積層した構成においても、上記と同様に圧電性付与処理により圧電性が付与される。
積層石英ガラス膜１１全体の圧電性は、下層の第１の石英ガラス膜１１ａと上層の第２の石英ガラス膜１１ｂの境界における効果ｄabと、下層の第２の石英ガラス膜１１ｂと上層の第１の石英ガラス膜１１ａの境界における効果ｄbaの和となるが、このときこれらが打ち消し合ってしまい（即ちｄab＝−ｄba）、圧電性の発現が乏しくなってしまう可能性がある。
しかし、例えば成膜条件の調整などによって、下層の第１の石英ガラス膜１１ａと上層の第２の石英ガラス膜１１ｂの境界と、下層の第２の石英ガラス膜１１ｂと上層の第１の石英ガラス膜１１ａの境界とを異なる環境とすることにより、効果ｄabと効果ｄbaの絶対値を異ならせることができ（即ちｄab≠−ｄba）、これにより圧電性を確保することができる。
【００４５】
上記の本実施形態の圧電発光素子は、第１の組成で不純物元素を含有する第１の石英ガラス膜と、第２の組成で不純物元素を含有する第２の石英ガラス膜とを含む積層石英ガラス膜を有しており、従来から知られている材料系よりも十分に強い強度の発光が得られる発光素子であり、同時に、圧力を感知して電圧に変換する圧電素子として機能する。
【００４６】
本発明は上記の実施形態に限定されない。
例えば、ゲルマニウムドープ層、チタンドープ層、スズドープ層は必ずしも繰り返して積層されてなくてもよく、異なる組成で４価の金属をドープされた複数の石英ガラス膜が積層されていれば、本願発明の範囲となり、さらに、ゲルマニウムドープ層とスズドープ層は単層で本願発明の範囲となる。
上記の実施形態では光を照射して発光させるフォトルミネッセンスについて主に説明しているが、これに限らず、電子線ルミネッセンスにより電子線を照射して発光する発光素子とすることもできる。
また、上記の本実施形態に係る圧電発光素子を有する画素が、表示面にマトリクス状に複数個並べられ、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれの駆動回路で駆動される構成として、表示装置を構成することができる。例えば、選択した画素において発光素子に電子線を照射し、電子線ルミネッセンスにより発光させる方法で、表示面に画像を表示させることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の発光素子は、光を発光する発光素子に適用でき、さらには光増幅器やレーザ素子に適用できる。
本発明の圧電発光素子は、発光素子と圧電素子を兼ね備えた素子に適用できる。
本発明の表示装置は、表示面に画像を表示する表示装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、積層石英ガラス膜の一例の詳細な構成を示す断面図であり、図１（ｃ）は、積層石英ガラス膜の他の例の詳細な構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の実施形態に係る積層石英ガラス膜を形成するためのスパッタリング装置のターゲット部分の側面図であり、図２（ｂ）は平面図である。
【図３】図３（ａ）は実施例１に係る人工格子構造の積層石英ガラス膜の蛍光スペクトルであり、図３（ｂ）は蛍光強度の減衰を示す。
【図４】図４は実施例２に係る人工格子構造の積層石英ガラス膜の蛍光スペクトルである。
【図５】図５は本発明の第２実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第３実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の第４実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【図８】図８は本発明の第６実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…基板
１１…積層石英ガラス膜
１１ａ…第１の石英ガラス膜
１１ｂ…第２の石英ガラス膜
１１ｃ…第３の石英ガラス膜
１２…石英ガラス膜
１３ａ…下部電極
１３ｂ…上部電極
１５…光源
２０…石英ガラス板ターゲット
２１ａ…ゲルマニウムペレット
２１ｂ…チタンペレット
２１ｃ…酸化スズペレット
２２…回転マスク
２２ａ…開口窓
ＰＬ…励起光
Ｌ1…入射光
Ｌ2…出射光
ＬＳ…レーザ光
Ｍ…鏡面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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