JP2006045364A - Light-emitting device, piezoelectric light-emitting device and display - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a light-emitting element, a piezoelectric light-emitting element, and a display device. In particular, the present invention relates to a light-emitting element and a piezoelectric light-emitting element composed of a silica glass doped with a tetravalent element such as germanium, and a laminate thereof. The present invention relates to a display device.
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。
Quartz glass material has excellent light propagation characteristics and is used in optical fibers, integrated optical waveguides, and the like.
On the other hand, quartz glass materials are also attracting attention as light emitting materials by photoluminescence, and various studies have been conducted in recent years.
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
For example, Non-Patent
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。 Non-Patent Document 2 describes that a Ti: SiO 2 film formed by co-sputtering of Ti and SiO 2 emits blue light by irradiation with 325 nm He—Cd laser light without annealing.
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。
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。 The problem to be solved is that sufficient light emission intensity is not obtained in the above-described conventional material systems.
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。 The light-emitting element of the present invention includes a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition, and an impurity having a second composition different from the first composition, stacked on the first quartz glass film. A laminated quartz glass film including a second quartz glass film containing an element, and the laminated quartz glass film emits light in response to stimulation of light or an electron beam;
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。 The light emitting device of the present invention is a laminated quartz glass film including a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition and a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition. Have The laminated quartz glass film emits light by light or electron beam luminescence in response to light or electron beam stimulation.
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。
In the light emitting device of the present invention, preferably, the first quartz glass film and the second quartz glass film each contain a tetravalent element as the impurity element.
More preferably, the laminated quartz glass film contains at least one of germanium, titanium, and tin as the tetravalent element.
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。
The light emitting device of the present invention is preferably a third layer that is stacked on the second quartz glass film and contains an impurity element with a third composition different from the first composition and the second composition. The quartz glass film is further included.
More preferably, the first quartz glass film, the second quartz glass film, and the third quartz glass film are repeatedly laminated in this order.
More preferably, the first quartz glass film, the second quartz glass film, and the third quartz glass film each contain a tetravalent element as the impurity element.
More preferably, the first quartz glass film includes germanium as the tetravalent element, the second quartz glass film includes titanium as the tetravalent element, and the third quartz glass film includes Tin is included as the tetravalent element.
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。
The light-emitting element of the present invention has a quartz glass film containing germanium, and the quartz glass film emits light in response to stimulation of light or an electron beam.
Alternatively, the light-emitting element of the present invention has a quartz glass film containing tin, and the quartz glass film emits light upon being stimulated by light or an electron beam.
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。 The light emitting device of the present invention is preferably obtained by heat-treating the laminated quartz glass film or the quartz glass film.
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。 In the light emitting device of the present invention, preferably, when incident light having a predetermined wavelength is incident on the laminated quartz glass film or one end surface of the quartz glass film, the intensity of the incident light is maintained while maintaining the predetermined wavelength. The amplified emitted light is emitted from the laminated quartz glass film or the other end face of the quartz glass film, which is the traveling direction of the incident light, and functions as an optical amplifier.
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。 In the light emitting device of the present invention, preferably, the laminated quartz glass film or the pair of end surfaces of the quartz glass film is a mirror surface, and light having a wavelength resonated between the pair of mirror surfaces is transmitted from one end surface. Output as laser light.
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。
In the light-emitting element of the present invention, preferably, the wavelength of light to be emitted varies depending on the pressure applied to the laminated quartz glass film or the quartz glass film due to the photoelastic effect.
More preferably, the laminated quartz glass film or a pair of end surfaces of the quartz glass film is a mirror surface, and light having a wavelength resonated between the pair of mirror surfaces is emitted from one end surface as a laser beam, and photoelasticity is obtained. Due to the effect, the wavelength of the laser light to be oscillated changes according to the pressure applied to the laminated quartz glass film or the quartz glass film.
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。 The piezoelectric light emitting device of the present invention includes a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition and a second quartz film laminated on the first quartz glass film and different from the first composition. A laminated quartz glass film including a second quartz glass film containing an impurity element in composition; the laminated quartz glass film emits light upon stimulation of light or an electron beam and has piezoelectric characteristics.
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。 The piezoelectric light emitting device of the present invention includes a laminated quartz glass including a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition and a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition. Has a membrane. This laminated quartz glass film emits light by light or electron beam luminescence in response to light or electron beam stimulation, and has piezoelectric properties.
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。 In addition, the display device of the present invention includes a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition, and a second composition different from the first composition, which is laminated on the first quartz glass film. A laminated quartz glass film including a second quartz glass film containing an impurity element, and the laminated quartz glass film emits light in response to stimulation of light or an electron beam and has piezoelectric characteristics Are arranged in a matrix on the display surface.
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。 The display device according to the present invention includes a plurality of pixels having the piezoelectric light emitting element according to the present invention arranged in a matrix on the display surface.
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。 The light-emitting element of the present invention is a light-emitting element that can emit light with sufficiently stronger intensity than conventionally known material systems.
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。 The piezoelectric light-emitting device of the present invention can emit light with strong intensity and also has piezoelectric characteristics at the same time.
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。 The display device according to the present invention is arranged in a matrix and can emit light with high intensity, and the display surface is constituted by the piezoelectric light-emitting element according to the present invention that also has piezoelectric characteristics.
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。 Embodiments of a light emitting element and a piezoelectric light emitting element of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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(M1 4+: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(M2 4+: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。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the light emitting device according to this embodiment.
For example, a laminated
Here, the laminated
The laminated
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。 In the light-emitting element of this embodiment, it is preferable that the first quartz glass film and the second quartz glass film each contain a tetravalent element as an impurity element, and in particular, the laminated quartz glass film has 4 It is preferable to contain at least one of germanium, titanium, and tin as a valent element.
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。
FIG. 1B is a cross-sectional view showing a detailed configuration of an example of the laminated
A first
For example, the first
Each of the first
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。
Further, it is preferable to further include a third quartz glass film laminated on the second quartz glass film and containing an impurity element with a first composition and a third composition different from the second composition.
In this case, it is preferable that the first quartz glass film, the second quartz glass film, and the third quartz glass film are repeatedly laminated in this order, and the first quartz glass film, the second quartz glass film, and It is more preferable that the third quartz glass film contains a tetravalent element as an impurity element.
Specifically, the first quartz glass film includes germanium as a tetravalent element, the second quartz glass film includes titanium as a tetravalent element, and the third quartz glass film includes tin as a tetravalent element. It can be set as the structure containing.
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。
FIG. 1C is a cross-sectional view showing a detailed configuration of another example of the laminated
A first
For example, the first
Each of the first
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。 A light emitting device having a laminated quartz glass film according to the present embodiment includes a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition, and a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition; It is a light-emitting element that has a laminated quartz glass film containing, and can emit light having a sufficiently higher intensity than a conventionally known material system.
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。
The laminated
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。
Next, a method for forming an artificial lattice structure in which a germanium doped layer as the first
For example, it can be formed by sequentially stacking layers doped with germanium, titanium, and tin in order using a multi-target sputtering apparatus, and sequentially doping these layers.
Further, even when a single target sputtering apparatus is used, the above laminated structure is formed by configuring the target portion as shown in the side view of FIG. 2A and the plan view of FIG. be able to.
The surface of one circular quartz
Further, a disc-shaped
Further, after forming the laminated quartz glass film as described above, for example, heat treatment at about 600 to 800 ° C. is performed in order to increase the emission intensity.
(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。
Example 1
A lower electrode is patterned on a silicon substrate, and a 10% germanium-doped layer and 10% titanium-doped layer are formed thereon by an RF magnetron sputtering apparatus having a target portion shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). A layer and a 10% tin-doped layer were repeatedly laminated in this order to form a light emitting device having a laminated quartz glass film having an artificial superlattice structure of (Ge / Ti / Sn).
Sputtering was performed at a substrate temperature of 200 to 250 ° C. with a gas pressure of 1 to 2 Pa in a mixed gas atmosphere of 80% argon and 20% oxygen.
The film thicknesses of the germanium-doped layer, titanium-doped layer, and tin-doped layer were each about 20 nm, and 50 to 100 layers thereof were laminated to a total thickness of 1 to 2 μm. The sputtering time required for the film thickness of 20 nm is about 4 minutes. In the above-described sputtering apparatus, the mask plate was rotated by 120 ° every about 4 minutes to perform multilayer lamination.
After forming the laminated quartz glass film, heat treatment was performed at 600 to 800 ° C. to increase the emission intensity.
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。
With respect to the light-emitting element having the above-described laminated quartz glass film, a fluorescence spectrum obtained by spectroscopy of light emitted from the laminated quartz glass film when irradiated with excimer laser light having a wavelength of 248 nm was measured.
FIG. 3A is a fluorescence spectrum in a visible light region of a light emitting device having a laminated quartz glass film according to this example.
White fluorescent light having a broad peak in the vicinity of 420 nm and 500 to 700 nm was emitted.
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。
FIG. 3B shows the attenuation of the fluorescence intensity of the light emitting element having the above laminated quartz glass film. This is a plot of results measured with a high-frequency oscilloscope using an O / E converter.
The fluorescence lifetime of the laminated quartz glass film according to the present example is about 20 nsec, and it has been found that the fluorescence lifetime is equivalent to that of conventionally known Si-based light emitting materials such as porous silicon and nanocrystal silicon.
(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。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, a 10% germanium-doped layer, a 10% titanium-doped layer, and a 10% titanium-doped layer were repeatedly laminated in this order to form a (Ge / Ti / Ti) artificial superlattice structure. A light emitting element having a quartz glass film was formed.
In the same manner as in Example 1, a fluorescence spectrum obtained by spectroscopically analyzing light emitted from the laminated quartz glass film when irradiated with excimer laser light having a wavelength of 248 nm was measured.
FIG. 4 is a fluorescence spectrum in the visible region of the light emitting device having the laminated quartz glass film according to this example.
Fluorescence having a peak with a structure finer than Ge / Ti / Sn was emitted from around 420 nm and from 500 to 700 nm.
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。
Second Embodiment FIG. 5 is a sectional view showing the structure of a light emitting device according to this embodiment.
For example, a
Here, the
The
By subjecting the
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。 The light-emitting element having the quartz glass film according to the present embodiment has a quartz glass film containing germanium or a quartz glass film containing tin, and has a strength sufficiently stronger than a conventionally known material system. A light-emitting element capable of emitting light.
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。
Third Embodiment Using the laminated quartz glass film in the light emitting device of the first embodiment or the quartz glass film in the light emitting device of the second embodiment, an optical amplifier that amplifies and outputs incident light can be configured. .
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration of a light emitting element that functions as an optical amplifier according to the present embodiment.
When the laminated
Here, one end surface of the
In this way, the light emitting device according to this embodiment can function as an optical amplifier.
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。
Fourth Embodiment A light emitting element (laser element) that emits laser light can be configured using the laminated quartz glass film in the light emitting element of the first embodiment or the quartz glass film in the light emitting element of the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a light emitting element that emits laser light according to the present embodiment.
In the laminated
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。
Fifth Embodiment In the laminated quartz glass film in the light-emitting element of the first embodiment or the quartz glass film in the light-emitting element of the second embodiment, the wavelength of the emitted light changes according to the applied pressure due to the photoelastic effect. It can be configured.
In particular, when applied to a laser device as in the fourth embodiment, the wavelength of laser light that oscillates in accordance with the applied pressure changes due to the photoelastic effect, and a wavelength selectable laser can be configured.
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(M1 4+: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(M2 4+: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。
Sixth Embodiment FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a piezoelectric light emitting device according to this embodiment.
For example, a
Here, the laminated
The laminated
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。
In the case of a piezoelectric light emitting element having piezoelectric characteristics, for example, as shown in FIG. 1B, by repeatedly laminating three types of layers, an asymmetric structure can be obtained in the laminating direction. It is possible to secure a condition in which point symmetry is missing.
Piezoelectricity can be imparted to the laminated
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。
The reason why the piezoelectricity is imparted by the piezoelectricity imparting process as described above and the rapid disappearance of the piezoelectricity is prevented is as follows. That is, when the impurity ions M 4+ moved by the piezoelectricity application process enter the adjacent layer beyond the layer boundary, the ion radius of the doped metal is different, so that the intruding ions are trapped and the polarization state is maintained. It is thought that stabilization is possible.
Therefore, the layer boundaries are considered to play an important role. The effect at the boundary between the lower first
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。
In addition to repeatedly laminating the above three types of layers, as shown in FIG. 1C, even in a configuration in which two types of layers are alternately laminated, piezoelectricity is imparted by the piezoelectricity imparting treatment as described above. .
The piezoelectricity of the entire laminated
However, for example, by adjusting the film forming conditions, the boundary between the lower first
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。 The piezoelectric light-emitting device according to the present embodiment includes a laminated quartz including a first quartz glass film containing an impurity element with a first composition and a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition. The light-emitting element has a glass film and can emit light with a sufficiently higher intensity than a conventionally known material system. At the same time, it functions as a piezoelectric element that senses pressure and converts it into voltage.
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。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, the germanium-doped layer, titanium-doped layer, and tin-doped layer do not necessarily have to be repeatedly laminated, and if a plurality of quartz glass films doped with tetravalent metals with different compositions are laminated, Further, the germanium-doped layer and the tin-doped layer are a single layer within the scope of the present invention.
In the above embodiment, photoluminescence emitted by emitting light is mainly described. However, the present invention is not limited to this, and a light emitting element that emits light by emitting an electron beam by electron beam luminescence can also be used.
In addition, a display device is configured as a configuration in which a plurality of pixels having the piezoelectric light emitting elements according to the present embodiment are arranged in a matrix on the display surface and driven by respective drive circuits in the X direction and the Y direction. be able to. For example, an image can be displayed on the display surface by a method of irradiating a light emitting element with an electron beam in a selected pixel and emitting light by electron beam luminescence.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
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。
The light-emitting element of the present invention can be applied to a light-emitting element that emits light, and can also be applied to an optical amplifier and a laser element.
The piezoelectric light emitting element of the present invention can be applied to an element having both a light emitting element and a piezoelectric element.
The display device of the present invention can be applied to a display device that displays an image on a display surface.
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
DESCRIPTION OF
Claims (16)
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。 A first quartz glass film containing an impurity element with a first composition;
A laminated quartz glass film that is laminated on the first quartz glass film and includes a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition different from the first composition;
The laminated quartz glass film emits light in response to light or electron beam stimulation.
請求項1に記載の発光素子。 The light emitting element according to claim 1, wherein each of the first quartz glass film and the second quartz glass film contains a tetravalent element as the impurity element.
請求項2に記載の発光素子。 The light emitting device according to claim 2, wherein the laminated quartz glass film contains at least one of germanium, titanium, and tin as the tetravalent element.
請求項1に記載の発光素子。 The third quartz glass film which is laminated on the second quartz glass film and contains an impurity element with a third composition different from the first composition and the second composition. Light emitting element.
請求項4に記載の発光素子。 The light emitting element according to claim 4, wherein the first quartz glass film, the second quartz glass film, and the third quartz glass film are repeatedly laminated in this order.
請求項5に記載の発光素子。 The light emitting element according to claim 5, wherein each of the first quartz glass film, the second quartz glass film, and the third quartz glass film contains a tetravalent element as the impurity element.
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。 The first quartz glass film includes germanium as the tetravalent element;
The second quartz glass film contains titanium as the tetravalent element;
The light emitting element according to claim 6, wherein the third quartz glass film contains tin as the tetravalent element.
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。 Having a quartz glass film containing germanium,
The quartz glass film is a light emitting element that emits light upon stimulation of light or electron beam.
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。 Having a quartz glass film containing tin,
The quartz glass film is a light emitting element that emits light upon stimulation of light or electron beam.
請求項1〜9のいずれかに記載の発光素子。 The light emitting element according to claim 1, wherein the laminated quartz glass film or the quartz glass film is subjected to a heat treatment.
請求項1〜10のいずれかの記載の発光素子。 When incident light having a predetermined wavelength is incident on one end surface of the laminated silica glass film or the silica glass film, outgoing light obtained by amplifying the intensity of the incident light while maintaining the predetermined wavelength is transmitted in the traveling direction of the incident light. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting element emits from the laminated quartz glass film or the other end face of the quartz glass film and functions as an optical amplifier.
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。 A pair of end surfaces of the laminated quartz glass film or the quartz glass film is a mirror surface,
The light emitting element according to claim 1, wherein light having a wavelength resonated between the pair of mirror surfaces is emitted as laser light from one end face.
請求項1〜10のいずれかの記載の発光素子。 The light emitting element according to any one of claims 1 to 10, wherein a wavelength of emitted light changes according to a pressure applied to the laminated quartz glass film or the quartz glass film due to a photoelastic effect.
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。 A pair of end surfaces of the laminated quartz glass film or the quartz glass film is a mirror surface,
The light having a wavelength resonated between the pair of mirror surfaces is emitted as laser light from one end face,
The light-emitting element according to claim 13, wherein a wavelength of laser light that oscillates changes according to a pressure applied to the laminated quartz glass film or the quartz glass film due to a photoelastic effect.
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。 A first quartz glass film containing an impurity element with a first composition;
A laminated quartz glass film that is laminated on the first quartz glass film and includes a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition different from the first composition;
The laminated quartz glass film emits light upon stimulation of light or electron beam, and has a piezoelectric characteristic.
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。
A first quartz glass film containing an impurity element with a first composition;
A laminated quartz glass film that is laminated on the first quartz glass film and includes a second quartz glass film containing an impurity element with a second composition different from the first composition;
The laminated quartz glass film emits light in response to light or an electron beam, and includes a plurality of pixels having piezoelectric light emitting elements having piezoelectric characteristics arranged in a matrix on a display surface.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004228818A JP2006045364A (en) | 2004-08-05 | 2004-08-05 | Light-emitting device, piezoelectric light-emitting device and display |
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
WO2003065092A1 (en) * | 2002-01-29 | 2003-08-07 | Luxpert Technologies Co., Ltd. | Thin film for optical applications, light-emitting structure using the same and the fabrication method thereof |
-
2004
- 2004-08-05 JP JP2004228818A patent/JP2006045364A/en active Pending
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WO2003065092A1 (en) * | 2002-01-29 | 2003-08-07 | Luxpert Technologies Co., Ltd. | Thin film for optical applications, light-emitting structure using the same and the fabrication method thereof |
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