発光素子およびその製造方法
【課題】発光効率が向上可能な発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子１０は、ドット部材３，４を備える。ドット部材３は、ドット部材４に接して形成される。ドット部材３は、量子ドット層３１〜３３からなる。量子ドット層３１〜３３の各々は、複数の量子ドット３１１と、シリコン酸化膜３１２とからなる。量子ドット３１１は、ｎ型シリコンドットからなる。ドット部材４は、量子ドット層４１〜４３からなる。量子ドット層４１〜４３の各々は、複数の量子ドット４１１と、シリコン酸化膜４１２とからなる。量子ドット４１１は、ｐ型シリコンドットからなる。
【解決手段】発光素子１０は、ドット部材３，４を備える。ドット部材３は、ドット部材４に接して形成される。ドット部材３は、量子ドット層３１〜３３からなる。量子ドット層３１〜３３の各々は、複数の量子ドット３１１と、シリコン酸化膜３１２とからなる。量子ドット３１１は、ｎ型シリコンドットからなる。ドット部材４は、量子ドット層４１〜４３からなる。量子ドット層４１〜４３の各々は、複数の量子ドット４１１と、シリコン酸化膜４１２とからなる。量子ドット４１１は、ｐ型シリコンドットからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子およびその製造方法に関し、特に、量子ドットを用いた発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体島構造（量子ドット）を用いた半導体発光素子が知られている（特許文献１）。この半導体発光素子は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ｎ型ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ島構造／窒素を含む化合物半導体／ｐ型ＧａＡｓ／ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる。
【０００３】
そして、ＩｎＧａＡｓ島構造は、圧縮応力からなる内部応力を有する。また、窒素を含む化合物半導体は、引っ張り応力を有する。従って、窒素を含む化合物半導体をＩｎＧａＡｓ島構造に接するように配置し、ＩｎＧａＡｓ島構造が有する内部応力を窒素を含む化合物半導体によって減少させる。
【０００４】
その結果、発光層であるＩｎＧａＡｓ島構造における内部応力が減少し、１．５５μｍの発光スペクトルが室温で得られている。
【特許文献１】特開２００３−３３２６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の半導体発光素子は、発光層である量子ドット自体がｐ型またはｎ型に制御されていないため、発光層へのキャリア（電子および正孔）の注入量が少なく、発光効率が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光効率が向上可能な発光素子を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、発光効率が向上可能な発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、発光素子は、第１および第２のドット部材を備える。第１のドット部材は、第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む。第２のドット部材は、第１のドット部材に接して配置され、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む。
【０００９】
好ましくは、第１のドット部材は、第１の量子ドットと、第１の絶縁層とを含む。第１の絶縁層は、第１の量子ドットを覆う。第２のドット部材は、第２の量子ドットと、第２の絶縁層とを含む。第２の絶縁層は、第２の量子ドットを覆う。
【００１０】
好ましくは、発光素子は、基板を更に備える。基板は、第１のドット部材に接し、第１の導電型を有する。そして、第２のドット部材は、第１のドット部材上に配置される。
【００１１】
好ましくは、第１の導電型は、ｐ型であり、第２の導電型は、ｎ型である。
【００１２】
好ましくは、第１の導電型は、ｎ型であり、第２の導電型は、ｐ型である。
【００１３】
好ましくは、第１および第２の量子ドットは、シリコンドットからなる。
【００１４】
好ましくは、第１および第２の量子ドットは、金属シリサイドドットからなる。
【００１５】
また、この発明によれば、発光素子の製造方法は、第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む第１のドット部材を第１の導電型を有する半導体基板の一主面に堆積する第１の工程と、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む第２のドット部材を第１のドット部材上に堆積する第２の工程とを備える。
【００１６】
好ましくは、第１の工程は、真性型の第３の量子ドットを堆積するための第１の材料ガスを反応室に供給する第１のサブ工程と、第１の不純物ガスを第１の材料ガスに追加して反応室に供給する第２のサブ工程とを含み、第２の工程は、真性型の第４の量子ドットを堆積するための第２の材料ガスを反応室に供給する第３のサブ工程と、第２の不純物ガスを第２の材料ガスに追加して反応室に供給する第４のサブ工程とを含む。
【００１７】
好ましくは、第１の材料ガスは、第１のサブ工程において、第１のタイミングから第２のタイミングまで反応室に供給され、第１の不純物ガスは、第２のサブ工程において、第１のタイミングと第２のタイミングとの間の第３のタイミングから第２のタイミングまで第１の材料ガスに追加して反応室に供給され、第２の材料ガスは、第３のサブ工程において、第４のタイミングから第５のタイミングまで第２の材料ガスに追加して反応室に供給され、第２の不純物ガスは、第４のサブ工程において、第４のタイミングと第５のタイミングとの間の第６のタイミングから第４のタイミングまで反応室に供給される。
【００１８】
好ましくは、第３のタイミングは、第１のタイミングと第２のタイミングとの中間時点よりも後であり、第６のタイミングは、第４のタイミングと第５のタイミングとの中間時点よりも後である。
【００１９】
好ましくは、第１の材料ガスは、第２の材料ガスと同じである。
【００２０】
好ましくは、第１のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第２のサブ工程において、フォスフィンガスがシランガスに追加して反応室に供給され、第３のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第４のサブ工程において、ジボランガスがシランガスに追加して反応室に供給される。
【００２１】
好ましくは、第１のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第２のサブ工程において、ジボランガスがシランガスに追加して反応室に供給され、第３のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第４のサブ工程において、フォスフィンガスがシランガスに追加して反応室に供給される。
【００２２】
好ましくは、第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間長は、第４のタイミングから第５のタイミングまでの時間長に略等しい。
【発明の効果】
【００２３】
この発明による発光素子においては、第１および第２のドット部材のいずれか一方に含まれる量子ドットを介して電子および正孔の一方が第１のドット部材中に供給され、量子ドット中に閉じ込められる。また、第１および第２のドット部材のいずれか他方に含まれる量子ドットを介して電子および正孔の他方が第２のドット部材中に供給され、量子ドット中に閉じ込められる。そして、量子ドット中に閉じ込められた電子および正孔は、発光再結合するまで量子ドット中に保持され、再結合すると、発光する。
【００２４】
したがって、この発明によれば、発光効率を高くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態による発光素子の斜視図である。また、図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における発光素子の断面図である。図１および図２を参照して、この発明の実施の形態による発光素子１０は、基板１と、シリコン酸化膜２と、ドット部材３，４と、電極５，６とを備える。
【００２７】
基板１は、（１００）面および約０．１Ω・ｃｍの比抵抗を有するｎ＋型シリコン（ｎ＋−Ｓｉ）からなる。シリコン酸化膜２は、基板１の一主面に形成される。そして、シリコン酸化膜２は、約３．５ｎｍの膜厚を有する。
【００２８】
ドット部材３は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成される。ドット部材４は、ドット部材３に接してドット部材３上に形成される。電極５は、ドット部材４に接してドット部材４上に形成される。そして、電極５は、例えば、金（Ａｕ）からなる。電極６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなり、基板１の裏面に形成される。
【００２９】
ドット部材３は、量子ドット層３１〜３３からなる。量子ドット層３１は、複数の量子ドット３１１と、複数の量子ドット３１１を覆うシリコン酸化膜３１２とからなる。複数の量子ドット３１１の各々は、ｎ型シリコンドットからなる。そして、量子ドット３１１は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット３１１に含まれるリン（Ｐ）濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。シリコン酸化膜３１２は、２ｎｍの膜厚を有する。
【００３０】
なお、量子ドット層３２，３３の各々は、量子ドット層３１と同じ構成からなる。
【００３１】
ドット部材４は、量子ドット層４１〜４３からなる。量子ドット層４１は、複数の量子ドット４１１と、複数の量子ドット４１１を覆うシリコン酸化膜４１２とからなる。複数の量子ドット４１１の各々は、ｐ型シリコンドットからなる。そして、量子ドット４１１は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット４１１に含まれるボロン（Ｂ）濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。シリコン酸化膜４１２は、２ｎｍの膜厚を有する。
【００３２】
なお、量子ドット層４２，４３の各々は、量子ドット層４１と同じ構成からなる。
【００３３】
量子ドット層３１は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成される。量子ドット層３２は、量子ドット層３１に接して量子ドット層３１上に形成される。量子ドット層３３は、量子ドット層３２に接して量子ドット層３２上に形成される。
【００３４】
このように、ドット部材３は、ｎ型シリコンドットからなる複数の量子ドット３１１を含む量子ドット３１〜３３を３層積層した構造からなる。
【００３５】
量子ドット層４１は、量子ドット層３３に接して量子ドット層３３上に形成される。量子ドット層４２は、量子ドット層４１に接して量子ドット層４１上に形成される。量子ドット層４３は、量子ドット層４２に接して量子ドット層４２上に形成される。
【００３６】
このように、ドット部材４は、ｐ型シリコンドットからなる複数の量子ドット４１１を含む量子ドット４１〜４３を３層積層した構造からなる。
【００３７】
図３は、図１に示す発光素子１０のゼロバイアス時のエネルギーバンド図である。図３を参照して、基板１を構成するｎ＋Ｓｉ中には、伝導帯Ｅｃ１および価電子帯Ｅｖ１が存在し、ｎ＋Ｓｉは、１．１２ｅＶのエネルギーバンドギャップＥｇ１を有する。
【００３８】
シリコン酸化膜２，３１２，４１２は、約９ｅＶのエネルギーバンドギャップＥｇ２を有する。また、量子ドット３１１は、２つのシリコン酸化膜３１２によって挟み込まれているので、量子サイズ効果によって、ｎ＋Ｓｉの伝導帯Ｅｃ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ１を有し、ｎ＋Ｓｉの価電子帯Ｅｖ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ２を有する。
【００３９】
サブ準位Ｌｓｕｂ１は、ｎ＋Ｓｉの伝導帯Ｅｃ１よりもエネルギー的に高く、サブ準位Ｌｓｕｂ２は、ｎ＋Ｓｉの価電子帯Ｅｖ１の端よりもエネルギー的に高い。その結果、サブ準位Ｌｓｕｂ１とサブ準位Ｌｓｕｂ２とのエネルギー差は、ｎ＋ＳｉのエネルギーギャップＥｇ１よりも大きい。
【００４０】
量子ドット４１１は、２つのシリコン酸化膜４１２によって挟み込まれているので、量子サイズ効果によって、ｎ＋Ｓｉの伝導帯Ｅｃ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ３を有し、ｎ＋Ｓｉの価電子帯Ｅｖ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ４を有する。
【００４１】
量子ドット４１１は、ｐ型シリコンドットからなり、量子ドット３１１は、ｎ型シリコンドットからなるので、サブ準位Ｌｓｕｂ３は、サブ準位Ｌｓｕｂ１よりもエネルギー的に高く、サブ準位Ｌｓｕｂ２は、サブ準位Ｌｓｕｂ４よりもエネルギー的に高い。
【００４２】
図４は、図１に示す発光素子１０の電流通電時のエネルギーバンド図である。電極５側をプラス、電極６側をマイナスとして電極５，６間に電圧を印加すると、図４に示すように、基板１を構成するｎ＋Ｓｉのエネルギーバンドが持ち上がり、ｎ＋Ｓｉ中の電子１１は、複数の量子ドット３１１を介して量子ドット層３１，３２中を伝導し、量子ドット層３３，４１，４２中へ注入される。そして、注入された電子は、量子ドット層３３，４１，４２中の量子ドット３１１，４１１によって保持される。
【００４３】
一方、電極５中の正孔１２は、複数の量子ドット４１１を介して量子ドット層４３，４２中を伝導し、量子ドット層４１，３３，３２中へ注入される。そして、注入された正孔は、量子ドット層４１，３３，３２中の量子ドット４１１，３１１によって保持される。
【００４４】
そうすると、量子ドット層４１，３３中の量子ドット３１１，４１１に蓄積された電子１３は、量子ドット層４１，３３中の量子ドット３１１，４１１に蓄積された正孔１４と再結合して発光する。
【００４５】
発光素子１０においては、量子ドット層３１〜３３の複数の量子ドット３１１は、ｎ型にドーピングされ、量子ドット層４１〜４３の複数の量子ドット４１１は、ｐ型にドーピングされているため、複数の量子ドット３１１は、ｎ型にドーピングされていない場合よりもサブ準位Ｌｓｕｂ１が低くなり、複数の量子ドット４１１は、ｐ型にドーピングされていない場合よりもサブ準位Ｌｓｕｂ４が低くなる。その結果、ｎ＋Ｓｉ中の電子は、複数の量子ドット３１１がｎ型にドーピングされていない場合よりも量子ドット層３１，３２を伝導し易くなり、より多くの電子が量子ドット層３３，４１に蓄積される。また、電極５中の正孔は、複数の量子ドット４１１がｐ型にドーピングされていない場合よりも量子ドット層４３，４２中を伝導し易くなり、より多くの正孔が量子ドット層４１，３３に蓄積される。
【００４６】
したがって、この発明によれば、発光効率を高くできる。
【００４７】
図５は、リモート水素プラズマ処理を行なうためのプラズマ処理装置の概略図である。図５を参照して、プラズマ処理装置６００は、石英管６１０と、反応室６２０と、基板ホルダー６３０と、ヒーター６４０と、配管６５０と、バルブ６６０と、アンテナ６７０と、マッチング回路５８０と、高周波電源５９０とを備える。
【００４８】
石英管６１０は、１０ｃｍφの直径を有し、その一方端が反応室６２０内に挿入されるように固定される。反応室６２０は、中空の円筒形状からなり、上面６２０Ａに石英管６１０の一方端を挿入するための開口部６２１を有し、側面６２０Ｂに排気口６２０Ｂを有する。そして、反応室６２０は、開口部６２１から石英管６１０の一方端が挿入されることによって、内部空間が石英管６１０の内部空間と連通する。従って、ポンプ（図示せず）によって反応室６２０および石英管６１０の内部の気体を排気口６２２を介して排気できる。
【００４９】
基板ホルダー６３０は、反応室６２０の下面６２０Ｂ上に配置される。ヒーター６４０は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなり、基板ホルダー６３０内に配置される。
【００５０】
配管６５０は、バルブ６６０を介して石英管６１０の他方端に連結される。バルブ６６０は、配管６５０に装着される。アンテナ６７０は、基板ホルダー６３０上に設置された基板７００Ａから３２ｃｍの位置で石英管６１０の周囲を取り巻くように配置される。そして、アンテナ６７０は、その一方端がマッチング回路６８０に接続され、他方端が接地される。
【００５１】
マッチング回路６８０は、アンテナ６７０の一方端と高周波電源６９０との間に接続される。高周波電源６９０は、マッチング回路６８０と、接地ノードとの間に接続される。
【００５２】
ヒーター６４０は、基板ホルダー６３０を介して基板７００Ａを所定の温度に加熱する。配管６５０は、水素（Ｈ２）ガスをボンベ（図示せず）から石英管６１０内に導く。バルブ６６０は、Ｈ２ガスを石英管６１０内へ供給し、またはＨ２ガスの石英管６１０内への供給を遮断する。
【００５３】
マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射を低くして高周波電力をアンテナ６７０へ供給する。高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０へ供給する。
【００５４】
プラズマ処理装置６００における処理動作について説明する。基板７００が基板ホルダー６３０上に配置され、排気口６２２から反応室６２０および石英管６１０の真空引きが行なわれる。
【００５５】
その後、バルブ６６０が開けられ、ボンベ（図示せず）から所定量のＨ２ガスが配管６５０を介して石英管６１０内へ導入される。そして、石英管６１０内の圧力が所定の圧力に達すると、高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０に供給する。この場合、マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射が最も低くなるように調整される。
【００５６】
そうすると、石英管６１０内でプラズマ７１０が発生し、主に原子状水素がプラズマ７１０の発生領域から基板７００の方向へ石英管６１０内を拡散し、基板７００表面に到達する。そして、原子状水素は、基板７００表面を処理する。
【００５７】
所定の処理時間が経過すると、高周波電源６９０がオフされ、バルブ６６０が閉じられて処理動作が終了する。
【００５８】
図６から図８は、それぞれ、図１に示す発光素子１０の製造方法を説明するための第１から第３の工程図である。図６を参照して、発光素子１０の製造が開始されると、ｎ＋Ｓｉからなる基板１が準備され、基板１をＲＣＡ洗浄した後、基板１を酸化装置にセットする。
【００５９】
そして、基板１の一主面を２％の酸素雰囲気中において約１０００℃で酸化することにより基板１の一主面の全面にシリコン酸化膜２を形成する（図６の工程（ａ）参照）。
【００６０】
その後、シリコン酸化膜２／基板１をプラズマ処理装置６００の基板ホルダー６３０にセットする。そして、プラズマ処理装置６００において、アルゴン（Ａｒ）ガスを石英管６１０内に流し、リモートアルゴンプラズマによってシリコン酸化膜２の表面を処理し、引き続いて、Ｈ２ガスを石英管６１０内に流し、リモート水素プラズマによってシリコン酸化膜２の表面を処理する。これによって、シリコン酸化膜２の表面がＯＨ７によって終端される（図６の工程（ｂ）参照）。なお、この場合、Ａｒガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、Ｈ２ガスの流量は、６０ｓｃｃｍである。
【００６１】
その後、プラズマ処理装置６００において、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよびヘリウム希釈の１０％フォスフィン（ＰＨ３／Ｈｅ）ガスを原料として、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって量子ドット３１１を自己組織的にシリコン酸化膜２上に形成する（図６の工程（ｃ）参照）。
【００６２】
この場合、基板温度は、５６０℃であり、反応圧力は、２６．７Ｐａであり、ＳｉＨ４ガスの流量は、３０ｓｃｃｍであり、ＰＨ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、反応時間は、３分である。
【００６３】
引き続いて、酸素（Ｏ２）ガスを石英管６１０内に流し、リモート酸素プラズマによってシリコン酸化膜３１２を量子ドット３１１を覆うように形成する（図６の工程（ｄ）参照）。この場合、Ｏ２ガスの流量は、５０ｓｃｃｍである。
【００６４】
その後、上述した工程（ｂ）〜工程（ｄ）を２回繰り返し実行し、ドット部材３をシリコン酸化膜２上に形成する（図６の工程（ｅ）参照）。
【００６５】
引き続いて、プラズマ処理装置６００において、Ａｒガスを石英管６１０内に流し、リモートアルゴンプラズマによってドット部材３の最上層のシリコン酸化膜３１２の表面を処理し、引き続いて、Ｈ２ガスを石英管６１０内に流し、リモート水素プラズマによってドット部材３の最上層のシリコン酸化膜３１２の表面を処理する。これによって、ドット部材３の最上層のシリコン酸化膜３１２の表面がＯＨ８によって終端される（図７の工程（ｆ）参照）。この場合、Ａｒガスの流量およびＨ２ガスの流量は、上述した流量と同じである。
【００６６】
その後、プラズマ処理装置６００において、ＳｉＨ４ガスおよびヘリウム希釈の１０％ジボラン（Ｂ２Ｈ６／Ｈｅ）ガスを原料として、ＬＰＣＶＤ法によって量子ドット４１１を自己組織的にシリコン酸化膜３１２上に形成する（図７の工程（ｇ）参照）。
【００６７】
この場合、基板温度は、５６０℃であり、反応圧力は、２６．７Ｐａであり、ＳｉＨ４ガスの流量は、３０ｓｃｃｍであり、Ｂ２Ｈ６ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、反応時間は、３分である。
【００６８】
引き続いて、Ｏ２ガスを石英管６１０内に流し、リモート酸素プラズマによってシリコン酸化膜４１２を量子ドット４１１を覆うように形成する（図７の工程（ｈ）参照）。この場合、Ｏ２ガスの流量は、上述した流量と同じである。
【００６９】
その後、上述した工程（ｆ）〜工程（ｈ）を２回繰り返し実行し、ドット部材４をドット部材３上に形成する（図７の工程（ｉ）参照）。
【００７０】
そして、ドット部材４／ドット部材３／シリコン酸化膜２／基板１をＮ２アニールする。この場合、Ｎ２ガスの流量は、１リッター／分であり、温度は、１０００℃であり、時間は、３０分である。
【００７１】
引き続いて、ドット部材４上に電極５を蒸着によって形成し（図８の工程（ｊ）参照）、電極６を蒸着によって基板１の裏面に形成する（図８の工程（ｋ）参照）。これによって、発光素子１０が完成する。
【００７２】
図９は、図６に示す工程（ｃ）および図７に示す工程（ｇ）の詳細な動作を説明するための図である。
【００７３】
図９を参照して、図６に示す工程（ｃ）においては、ＳｉＨ４ガスがタイミングｔ１からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給され、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、ＰＨ３ガスがＳｉＨ４ガスに追加して反応室６２０に供給され、ｎ型シリコンドットからなる量子ドット３１１が形成される。
【００７４】
また、図７に示す工程（ｇ）においては、ＳｉＨ４ガスがタイミングｔ１からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給され、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、Ｂ２Ｈ６ガスがＳｉＨ４ガスに追加して反応室６２０に供給され、ｐ型シリコンドットからなる量子ドット４１１が形成される。
【００７５】
そして、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの時間は、３分であり、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間は、１秒である。
【００７６】
従って、この発明においては、Ｐのδドーピングによって量子ドット３１１が形成され、Ｂのδドーピングによって量子ドット４１１が形成される。
【００７７】
このように、この発明においては、ＰのソースガスであるＰＨ３ガスをＳｉＨ４ガスを反応室６２０に供給するタイミングｔ１とタイミングｔ３との中間時点であるタイミングｔ４よりも後のタイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給することによってＰをδドーピングし、量子ドット３１１を形成する。
【００７８】
また、ＢのソースガスであるＢ２Ｈ６ガスをＳｉＨ４ガスを反応室６２０に供給するタイミングｔ１とタイミングｔ３との中間時点であるタイミングｔ４よりも後のタイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給することによってＢをδドーピングし、量子ドット４１１を形成する。
【００７９】
さらに、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長と等しい。
【００８０】
ＰＨ３ガスおよびＢ２Ｈ６ガスをＳｉＨ４ガスの供給時間であるタイミングｔ１−タイミングｔ３間の最後に反応室６２０に供給するのは、量子ドットがＳｉＨ４ガスの供給し始めから直ぐに成長するのではなく、量子ドットが成長し始めるまでに、ある程度の潜伏時間があるので、量子ドットが成長し始めた後に、ＰまたはＢをドーピングして品質の良いｎ型シリコンドットからなる量子ドット３１１およびｐ型シリコンドットからなる量子ドット４１１を形成するためである。
【００８１】
そして、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間長は、量子ドット３１１，４１１中に含まれるＰ濃度およびＢ濃度を決定する要因になるので、相対的に高いＰ濃度またはＢ濃度をドーピングする場合、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間長は、相対的に長く設定され、相対的に低いＰ濃度またはＢ濃度をドーピングする場合、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間長は、相対的に短く設定される。この場合、タイミングｔ３は、タイミングｔ４よりもタイミングｔ１側に設定されてもよい。
【００８２】
また、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長と一致していなくてもよく、量子ドット３１１中のＰ濃度と量子ドット４１１中のＢ濃度との関係に依存に決定される。すなわち、量子ドット３１１中のＰ濃度が量子ドット４１１中のＢ濃度よりも高い場合、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長よりも長く設定され、量子ドット３１１中のＰ濃度が量子ドット４１１中のＢ濃度よりも低い場合、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長よりも短く設定され、量子ドット３１１中のＰ濃度が量子ドット４１１中のＢ濃度に略一致する場合、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長に略等しい。
【００８３】
図１０は、この発明の実施の形態による他の発光素子の斜視図である。また、図１１は、図１０に示す線ＸＩ−ＸＩ間における発光素子の断面図である。図１０および図１１を参照して、発光素子１０Ａは、図１および図２に示す発光素子１０の基板１を基板１Ａに代え、電極５を電極５Ａに代えたものであり、その他は、発光素子１０と同じである。
【００８４】
なお、発光素子１０Ａにおいては、ドット部材４は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成され、ドット部材３は、ドット部材４に接してドット部材４上に形成される。
【００８５】
基板１Ａは、（１００）面および約８〜１２Ω・ｃｍの比抵抗を有するｐ＋型シリコン（ｐ＋−Ｓｉ）からなる。
【００８６】
電極５Ａは、Ａｌからなり、ドット部材３に接してドット部材３上に形成される。
【００８７】
このように、発光素子１０Ａは、発光素子１０のドット部材３とドット部材４とを基板上に積層する順番を入れ替えた発光素子である。
【００８８】
そして、発光素子１０Ａのゼロバイアス時のエネルギーバンド図は、図３に示すエネルギーバンド図と同じであり、発光素子１０Ａの電流通電時のエネルギーバンド図は、図４に示すエネルギーバンド図と同じである。したがって、発光素子１０Ａは、発光素子１０と同じ機構によって発光する。
【００８９】
また、発光素子１０Ａは、上述した図６から図８に示す工程（ａ）〜工程（ｋ）に従って製造される。この場合、図６に示す工程（ｂ）〜工程（ｄ）において、ＰＨ３ガスの代わりにＢ２Ｈ６ガスが用いられて、量子ドット４１１を含む量子ドット層４１〜４３がシリコン酸化膜２上に順次形成され、図７に示す工程（ｆ）〜工程（ｈ）において、Ｂ２Ｈ６ガスの代わりにＰＨ３ガスが用いられて、量子ドット３１１を含む量子ドット層３１〜３３がドット部材４上に順次形成される。
【００９０】
図１２は、発光素子１０，１０Ａの電流−電圧特性を示す図である。図１２において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、ゲート電圧（すなわち、電極５，６の電圧または電極５Ａ，６間の電圧）を表す。また、曲線ｋ１，ｋ２は、図１および図２に示す発光素子１０の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ３，ｋ４は、図１０および図１１に示す発光素子１０Ａの電流−電圧特性を示す。
【００９１】
発光素子１０は、整流特性を示し（曲線ｋ１，ｋ２参照）、発光素子１０Ａは、整流特性を示す（曲線ｋ３，ｋ４参照）。
【００９２】
したがって、上述した方法によって作成した発光素子１０，１０Ａは、ｐ−ｎ接合から構成されていることが解った。
【００９３】
図１３は、発光素子１０，１０Ａの発光特性を示す図である。図１３において、縦軸は、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の強度を表し、横軸は、波長を表す。
【００９４】
また、図１３の右側の図は、発光素子１０の発光特性を示し、図１３の左側の図は、発光素子１０Ａの発光特性を示す。
【００９５】
図１３から明らかなように、ゲート電圧（すなわち、電極５，６の電圧または電極５Ａ，６間の電圧）を大きくすることによって、発光強度は、強くなる。これは、ゲート電圧（すなわち、電極５，６の電圧または電極５Ａ，６間の電圧）が大きくなることによって、ドット部材３，４中へ注入される電子および正孔が増加するからである。
【００９６】
このように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、量子ドット３１１中へ注入された電子が量子ドット４１１中へ注入された正孔と再結合して発光することが実験的に実証された。
【００９７】
図１４は、図１および図２に示す発光素子１０のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。また、図１５は、図１および図２に示す発光素子１０の順方向における電流−電圧特性を示す図である。
【００９８】
図１４において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ５は、発光素子１０のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ６は、基板１上に形成されたノンドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ７は、基板１上に形成されたＢドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ８は、基板１上に形成されたＰドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す。
【００９９】
図１５において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ９は、発光素子１０の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ１０は、ノンドープの量子ドット／基板１の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ１１は、Ｂドープの量子ドット／基板１の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ１２は、Ｐドープの量子ドット／基板１の電流−電圧特性を示す。
【０１００】
発光素子１０の電流密度は、ゲート電圧が０．７Ｖよりも低い領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも高く、ゲート電圧が０．７Ｖ以上の領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも低い（曲線ｋ９〜ｋ１２参照）。
【０１０１】
一方、発光素子１０の発光強度は、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも強い。より具体的には、発光素子１０の発光強度は、ノンドープの量子ドット／基板１およびＢドープの量子ドット／基板１よりも約１桁強く、Ｐドープの量子ドット／基板１よりも約２桁強い（曲線ｋ５〜ｋ８参照）。
【０１０２】
このように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、発光素子１０は、ノンドープのシリコンドットを含むサンプル、またはｎ型シリコンドットおよびｐ型シリコンドットのいずれか一方を含むサンプルよりも発光強度が１桁以上強くなる。
【０１０３】
図１６は、図１および図２に示す発光素子１０におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。図１６において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、電流密度を表す。また、曲線ｋ１３は、発光素子１０におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ１４は、ノンドープの量子ドット／基板１におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ１５は、Ｂドープの量子ドット／基板１におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ１６は、Ｐドープの量子ドット／基板１におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す。
【０１０４】
発光素子１０の発光強度は、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも強い。より具体的には、発光素子１０の発光強度は、同じ電流密度において、ノンドープの量子ドット／基板１およびＢドープの量子ドット／基板１よりも約１桁強く、Ｐドープの量子ドット／基板１よりも約２桁強い（曲線ｋ１３〜ｋ１６参照）。
【０１０５】
このように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、発光効率が１桁以上向上する。
【０１０６】
これは、量子ドット３１１へ注入された電子および量子ドット４１１へ注入された正孔は、それぞれ、サブ準位Ｌｓｕｂ１，Ｌｓｕｂ４に閉じ込められ、発光再結合する割合が高いからである。
【０１０７】
図１７は、図１０および図１１に示す発光素子１０ＡのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。また、図１８は、図１０および図１１に示す発光素子１０Ａの逆方向における電流−電圧特性を示す図である。
【０１０８】
図１７において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ１７は、発光素子１０ＡのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ１８は、基板１Ａ上に形成されたノンドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ１９は、基板１Ａ上に形成されたＢドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ２０は、基板１Ａ上に形成されたＰドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す。
【０１０９】
図１８において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ２１は、発光素子１０Ａの電流−電圧特性を示し、曲線ｋ２２は、ノンドープの量子ドット／基板１Ａの電流−電圧特性を示し、曲線ｋ２３は、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａの電流−電圧特性を示し、曲線ｋ２４は、Ｐドープの量子ドット／基板１Ａの電流−電圧特性を示す。
【０１１０】
発光素子１０Ａの電流密度は、ゲート電圧が約−７Ｖよりも高い領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、およびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも高く、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａよりも低い。また、発光素子１０Ａの電流密度は、ゲート電圧が約−７Ｖ以下の領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、Ｂドープの量子ドット／基板１ＡおよびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも低い（曲線ｋ２１〜ｋ２４参照）。
【０１１１】
一方、発光素子１０Ａの発光強度は、ゲート電圧が約−１０Ｖよりも高い領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、およびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも強く、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａよりも弱い。また、発光素子１０Ａの発光強度は、ゲート電圧が約−１０Ｖ〜−１８Ｖの領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａよりも強く、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａ、およびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも弱い（曲線ｋ１７〜曲線ｋ２０参照）。
【０１１２】
図１９は、図１０および図１１に示す発光素子１０ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。図１９において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、電流密度を表す。また、曲線ｋ２５は、発光素子１０におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ２６は、ノンドープの量子ドット／基板１ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ２７は、Ｂドープの量子ドット／基板１ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ２８は、Ｐドープの量子ドット／基板１ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す。
【０１１３】
発光素子１０Ａの発光強度は、１Ａ／ｃｍ２よりも低い電流密度において、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、Ｂドープの量子ドット／基板１ＡおよびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも強い。
【０１１４】
発光素子１０Ａの発光強度は、特に、ノンドープの量子ドット／基板１ＡおよびＢドープの量子ドット／基板１Ａよりも約１桁以上強い（曲線ｋ２５〜ｋ２８参照）。
【０１１５】
ｐ型シリコンからなる基板１Ａを用いた場合、発光素子１０Ａの発光強度は、同じゲート電圧において、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａからなるサンプルよりも弱いが（図１７の曲線ｋ１７，ｋ１９参照）、同じ電流密度においては、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａからなるサンプルよりも１桁以上強くなる（図１９の曲線ｋ２５，ｋ２７参照）。
【０１１６】
したがって、ｐ型基板１Ａを用いた場合においても、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、発光効率が１桁以上向上することが実験的に実証された。
【０１１７】
上述したように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、ｎ型基板１およびｐ型基板１Ａのいずれの基板を用いても、発光素子１０，１０Ａの発光強度を向上できることが実験的に実証された。
【０１１８】
図２０は、この発明の実施の形態によるさらに他の発光素子の断面図である。図２０を参照して、この発明の実施の形態による発光素子１０Ｂは、図１および図２に示す発光素子１０のドット部材３，４をそれぞれドット部材３０，４０に代えたものであり、その他は、発光素子１０と同じである。
【０１１９】
ドット部材３０は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成される。ドット部材４０は、ドット部材３０に接してドット部材３０上に形成される。そして、電極５は、ドット部材４０に接してドット部材４０上に形成される。
【０１２０】
ドット部材３０は、量子ドット層３０１〜３０３を含む。量子ドット層３０１は、量子ドット層３１の量子ドット３１１を量子ドット３１０に代えたものであり、その他は、量子ドット層３１と同じである。
【０１２１】
量子ドット３１０は、ｐドープのＮｉシリサイドドットからなる。そして、量子ドット３１０は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット３１０中のＰ濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。
【０１２２】
なお、量子ドット層３０２，３０３の各々は、量子ドット層３０１と同じ構成からなる。
【０１２３】
ドット部材４０は、量子ドット層４０１〜４０３を含む。量子ドット層４０１は、量子ドット層４１の量子ドット４１１を量子ドット４１０に代えたものであり、その他は、量子ドット層４１と同じである。
【０１２４】
量子ドット４１０は、Ｂドープのニッケル（Ｎｉ）シリサイドドットからなる。そして、量子ドット４１０は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット４１０中のＢ濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。
【０１２５】
なお、量子ドット層４０２，４０３の各々は、量子ドット層４０１と同じ構成からなる。
【０１２６】
量子ドット層３０１〜３０３は、シリコン酸化膜２上に順次積層され、量子ドット層４０１〜４０３は、ドット部材３０上に順次積層される。
【０１２７】
図２１から図２３は、それぞれ、図２０に示す発光素子１０Ｂの製造工程を示す第１から第３の工程図である。
【０１２８】
図２１を参照して、発光素子１０Ｂの製造が開始されると、上述した工程（ａ）〜工程（ｃ）が順次実行された後、Ｎｉ薄膜９を量子ドット３１１上に形成し（工程（ｄ１）参照）、その後、量子ドット３１１およびＮｉ薄膜９を熱処理して量子ドット３１０を形成する（工程（ｄ２）参照）。
【０１２９】
その後、シリコン酸化膜３１２が上述した方法によって量子ドット３１０上に形成される（工程（ｄ３）参照）。そして、工程（ｂ）〜工程８ｄ３）が２回繰り返し実行され、ドット部材３０がシリコン酸化膜２上に形成される（工程（ｅ１）参照）。
【０１３０】
引き続いて、上述した工程（ｆ），（ｇ）が順次実行された後、Ｎｉ薄膜１１を量子ドット４１０上に形成し（工程（ｈ１）参照）、その後、量子ドット４１０およびＮｉ薄膜１１を熱処理して量子ドット４１０を形成する（工程（ｈ２）参照）。
【０１３１】
そして、シリコン酸化膜４１２が上述した方法によって量子ドット４１０上に形成される（工程（ｈ３）参照）。
【０１３２】
その後、工程（ｆ）〜工程（ｈ３）を２回繰り返し実行し、ドット部材４０をドット部材３０上に形成する（工程（ｉ１）参照）。
【０１３３】
そして、電極５を蒸着によってドット部材４０上に形成し（工程（ｊ１）参照）、電極６を蒸着によって基板１の裏面に形成する（工程（ｋ１）参照）。これによって、発光素子１０Ｂが完成する。
【０１３４】
発光素子１０Ｂは、上述したように、ＰドープされたＮｉシリサイドドットからなる量子ドット３１０と、ＢドープされたＮｉシリサイドドットからなる量子ドット４１０とを含むので、発光素子１０，１０Ａと同様に高い発光効率を有する。
【０１３５】
なお、発光素子１０Ｂにおいては、ドット部材４０をシリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成し、ドット部材３０をドット部材４０に接してドット部材４０上に形成してもよい。
【０１３６】
また、発光素子１０Ｂにおいては、量子ドット３１０，４１０は、タングステン（Ｗ）シリサイドからなっていてもよい。
【０１３７】
さらに、上記においては、発光素子１０のドット部材３は、３層の量子ドット層３１〜３３を含み、ドット部材４は、３層の量子ドット４１〜４３を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、発光素子１０のドット部材３は、Ｐドープされた量子ドットを含む２層以上の量子ドット層を備えていればよく、ドット部材４は、Ｂドープされた量子ドットを含む２層以上の量子ドット層を備えていればよい。
【０１３８】
発光素子１０Ａ，１０Ｂについても同様である。
【０１３９】
この発明においては、ドット部材３は、「第１のドット部材」を構成し、ドット部材４は、「第２のドット部材」を構成する。
【０１４０】
また、この発明においては、ドット部材３０は、「第１のドット部材」を構成し、ドット部材４０は、「第２のドット部材」を構成する。
【０１４１】
さらに、この発明においては、量子ドット３１１は、「第１の量子ドット」を構成し、シリコン酸化膜３１２は、「第１の絶縁層」を構成する。
【０１４２】
さらに、この発明においては、量子ドット４１１は、「第２の量子ドット」を構成し、シリコン酸化膜４１２は、「第２の絶縁層」を構成する。
【０１４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
この発明は、発光効率が向上可能な発光素子に適用される。また、この発明的は、発光効率が向上可能な発光素子の製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】この発明の実施の形態による発光素子の斜視図である。
【図２】図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における発光素子の断面図である。
【図３】図１に示す発光素子のゼロバイアス時のエネルギーバンド図である。
【図４】図１に示す発光素子の電流通電時のエネルギーバンド図である。
【図５】リモート水素プラズマ処理を行なうためのプラズマ処理装置の概略図である。
【図６】図１に示す発光素子の製造方法を説明するための第１の工程図である。
【図７】図１に示す発光素子の製造方法を説明するための第２の工程図である。
【図８】図１に示す発光素子の製造方法を説明するための第３の工程図である。
【図９】図６に示す工程（ｃ）および図７に示す工程（ｇ）の詳細な動作を説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態による他の発光素子の斜視図である。
【図１１】図１０に示す線ＸＩ−ＸＩ間における発光素子の断面図である。
【図１２】発光素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図１３】発光素子の発光特性を示す図である。
【図１４】図１および図２に示す発光素子のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。
【図１５】図１および図２に示す発光素子の順方向における電流−電圧特性を示す図である。
【図１６】図１および図２に示す発光素子におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。
【図１７】図１０および図１１に示す発光素子のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。
【図１８】図１０および図１１に示す発光素子の逆方向における電流−電圧特性を示す図である。
【図１９】図１０および図１１に示す発光素子におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態によるさらに他の発光素子の断面図である。
【図２１】図２０に示す発光素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図２２】図２０に示す発光素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図２３】図２０に示す発光素子の製造工程を示す第３の工程図である。
【符号の説明】
【０１４６】
３，４ ドット部材、１０ 発光素子、３１〜３３，４１〜４３ 量子ドット層、３１１，４１１ 量子ドット、３１２，４１２ シリコン酸化膜。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子およびその製造方法に関し、特に、量子ドットを用いた発光素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体島構造（量子ドット）を用いた半導体発光素子が知られている（特許文献１）。この半導体発光素子は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ｎ型ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ島構造／窒素を含む化合物半導体／ｐ型ＧａＡｓ／ｐ型ＡｌＧａＡｓからなる。
【０００３】
そして、ＩｎＧａＡｓ島構造は、圧縮応力からなる内部応力を有する。また、窒素を含む化合物半導体は、引っ張り応力を有する。従って、窒素を含む化合物半導体をＩｎＧａＡｓ島構造に接するように配置し、ＩｎＧａＡｓ島構造が有する内部応力を窒素を含む化合物半導体によって減少させる。
【０００４】
その結果、発光層であるＩｎＧａＡｓ島構造における内部応力が減少し、１．５５μｍの発光スペクトルが室温で得られている。
【特許文献１】特開２００３−３３２６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の半導体発光素子は、発光層である量子ドット自体がｐ型またはｎ型に制御されていないため、発光層へのキャリア（電子および正孔）の注入量が少なく、発光効率が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光効率が向上可能な発光素子を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、発光効率が向上可能な発光素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、発光素子は、第１および第２のドット部材を備える。第１のドット部材は、第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む。第２のドット部材は、第１のドット部材に接して配置され、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む。
【０００９】
好ましくは、第１のドット部材は、第１の量子ドットと、第１の絶縁層とを含む。第１の絶縁層は、第１の量子ドットを覆う。第２のドット部材は、第２の量子ドットと、第２の絶縁層とを含む。第２の絶縁層は、第２の量子ドットを覆う。
【００１０】
好ましくは、発光素子は、基板を更に備える。基板は、第１のドット部材に接し、第１の導電型を有する。そして、第２のドット部材は、第１のドット部材上に配置される。
【００１１】
好ましくは、第１の導電型は、ｐ型であり、第２の導電型は、ｎ型である。
【００１２】
好ましくは、第１の導電型は、ｎ型であり、第２の導電型は、ｐ型である。
【００１３】
好ましくは、第１および第２の量子ドットは、シリコンドットからなる。
【００１４】
好ましくは、第１および第２の量子ドットは、金属シリサイドドットからなる。
【００１５】
また、この発明によれば、発光素子の製造方法は、第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む第１のドット部材を第１の導電型を有する半導体基板の一主面に堆積する第１の工程と、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む第２のドット部材を第１のドット部材上に堆積する第２の工程とを備える。
【００１６】
好ましくは、第１の工程は、真性型の第３の量子ドットを堆積するための第１の材料ガスを反応室に供給する第１のサブ工程と、第１の不純物ガスを第１の材料ガスに追加して反応室に供給する第２のサブ工程とを含み、第２の工程は、真性型の第４の量子ドットを堆積するための第２の材料ガスを反応室に供給する第３のサブ工程と、第２の不純物ガスを第２の材料ガスに追加して反応室に供給する第４のサブ工程とを含む。
【００１７】
好ましくは、第１の材料ガスは、第１のサブ工程において、第１のタイミングから第２のタイミングまで反応室に供給され、第１の不純物ガスは、第２のサブ工程において、第１のタイミングと第２のタイミングとの間の第３のタイミングから第２のタイミングまで第１の材料ガスに追加して反応室に供給され、第２の材料ガスは、第３のサブ工程において、第４のタイミングから第５のタイミングまで第２の材料ガスに追加して反応室に供給され、第２の不純物ガスは、第４のサブ工程において、第４のタイミングと第５のタイミングとの間の第６のタイミングから第４のタイミングまで反応室に供給される。
【００１８】
好ましくは、第３のタイミングは、第１のタイミングと第２のタイミングとの中間時点よりも後であり、第６のタイミングは、第４のタイミングと第５のタイミングとの中間時点よりも後である。
【００１９】
好ましくは、第１の材料ガスは、第２の材料ガスと同じである。
【００２０】
好ましくは、第１のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第２のサブ工程において、フォスフィンガスがシランガスに追加して反応室に供給され、第３のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第４のサブ工程において、ジボランガスがシランガスに追加して反応室に供給される。
【００２１】
好ましくは、第１のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第２のサブ工程において、ジボランガスがシランガスに追加して反応室に供給され、第３のサブ工程において、シランガスが反応室に供給され、第４のサブ工程において、フォスフィンガスがシランガスに追加して反応室に供給される。
【００２２】
好ましくは、第１のタイミングから第２のタイミングまでの時間長は、第４のタイミングから第５のタイミングまでの時間長に略等しい。
【発明の効果】
【００２３】
この発明による発光素子においては、第１および第２のドット部材のいずれか一方に含まれる量子ドットを介して電子および正孔の一方が第１のドット部材中に供給され、量子ドット中に閉じ込められる。また、第１および第２のドット部材のいずれか他方に含まれる量子ドットを介して電子および正孔の他方が第２のドット部材中に供給され、量子ドット中に閉じ込められる。そして、量子ドット中に閉じ込められた電子および正孔は、発光再結合するまで量子ドット中に保持され、再結合すると、発光する。
【００２４】
したがって、この発明によれば、発光効率を高くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、この発明の実施の形態による発光素子の斜視図である。また、図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における発光素子の断面図である。図１および図２を参照して、この発明の実施の形態による発光素子１０は、基板１と、シリコン酸化膜２と、ドット部材３，４と、電極５，６とを備える。
【００２７】
基板１は、（１００）面および約０．１Ω・ｃｍの比抵抗を有するｎ＋型シリコン（ｎ＋−Ｓｉ）からなる。シリコン酸化膜２は、基板１の一主面に形成される。そして、シリコン酸化膜２は、約３．５ｎｍの膜厚を有する。
【００２８】
ドット部材３は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成される。ドット部材４は、ドット部材３に接してドット部材３上に形成される。電極５は、ドット部材４に接してドット部材４上に形成される。そして、電極５は、例えば、金（Ａｕ）からなる。電極６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなり、基板１の裏面に形成される。
【００２９】
ドット部材３は、量子ドット層３１〜３３からなる。量子ドット層３１は、複数の量子ドット３１１と、複数の量子ドット３１１を覆うシリコン酸化膜３１２とからなる。複数の量子ドット３１１の各々は、ｎ型シリコンドットからなる。そして、量子ドット３１１は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット３１１に含まれるリン（Ｐ）濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。シリコン酸化膜３１２は、２ｎｍの膜厚を有する。
【００３０】
なお、量子ドット層３２，３３の各々は、量子ドット層３１と同じ構成からなる。
【００３１】
ドット部材４は、量子ドット層４１〜４３からなる。量子ドット層４１は、複数の量子ドット４１１と、複数の量子ドット４１１を覆うシリコン酸化膜４１２とからなる。複数の量子ドット４１１の各々は、ｐ型シリコンドットからなる。そして、量子ドット４１１は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット４１１に含まれるボロン（Ｂ）濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。シリコン酸化膜４１２は、２ｎｍの膜厚を有する。
【００３２】
なお、量子ドット層４２，４３の各々は、量子ドット層４１と同じ構成からなる。
【００３３】
量子ドット層３１は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成される。量子ドット層３２は、量子ドット層３１に接して量子ドット層３１上に形成される。量子ドット層３３は、量子ドット層３２に接して量子ドット層３２上に形成される。
【００３４】
このように、ドット部材３は、ｎ型シリコンドットからなる複数の量子ドット３１１を含む量子ドット３１〜３３を３層積層した構造からなる。
【００３５】
量子ドット層４１は、量子ドット層３３に接して量子ドット層３３上に形成される。量子ドット層４２は、量子ドット層４１に接して量子ドット層４１上に形成される。量子ドット層４３は、量子ドット層４２に接して量子ドット層４２上に形成される。
【００３６】
このように、ドット部材４は、ｐ型シリコンドットからなる複数の量子ドット４１１を含む量子ドット４１〜４３を３層積層した構造からなる。
【００３７】
図３は、図１に示す発光素子１０のゼロバイアス時のエネルギーバンド図である。図３を参照して、基板１を構成するｎ＋Ｓｉ中には、伝導帯Ｅｃ１および価電子帯Ｅｖ１が存在し、ｎ＋Ｓｉは、１．１２ｅＶのエネルギーバンドギャップＥｇ１を有する。
【００３８】
シリコン酸化膜２，３１２，４１２は、約９ｅＶのエネルギーバンドギャップＥｇ２を有する。また、量子ドット３１１は、２つのシリコン酸化膜３１２によって挟み込まれているので、量子サイズ効果によって、ｎ＋Ｓｉの伝導帯Ｅｃ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ１を有し、ｎ＋Ｓｉの価電子帯Ｅｖ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ２を有する。
【００３９】
サブ準位Ｌｓｕｂ１は、ｎ＋Ｓｉの伝導帯Ｅｃ１よりもエネルギー的に高く、サブ準位Ｌｓｕｂ２は、ｎ＋Ｓｉの価電子帯Ｅｖ１の端よりもエネルギー的に高い。その結果、サブ準位Ｌｓｕｂ１とサブ準位Ｌｓｕｂ２とのエネルギー差は、ｎ＋ＳｉのエネルギーギャップＥｇ１よりも大きい。
【００４０】
量子ドット４１１は、２つのシリコン酸化膜４１２によって挟み込まれているので、量子サイズ効果によって、ｎ＋Ｓｉの伝導帯Ｅｃ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ３を有し、ｎ＋Ｓｉの価電子帯Ｅｖ１側にサブ準位Ｌｓｕｂ４を有する。
【００４１】
量子ドット４１１は、ｐ型シリコンドットからなり、量子ドット３１１は、ｎ型シリコンドットからなるので、サブ準位Ｌｓｕｂ３は、サブ準位Ｌｓｕｂ１よりもエネルギー的に高く、サブ準位Ｌｓｕｂ２は、サブ準位Ｌｓｕｂ４よりもエネルギー的に高い。
【００４２】
図４は、図１に示す発光素子１０の電流通電時のエネルギーバンド図である。電極５側をプラス、電極６側をマイナスとして電極５，６間に電圧を印加すると、図４に示すように、基板１を構成するｎ＋Ｓｉのエネルギーバンドが持ち上がり、ｎ＋Ｓｉ中の電子１１は、複数の量子ドット３１１を介して量子ドット層３１，３２中を伝導し、量子ドット層３３，４１，４２中へ注入される。そして、注入された電子は、量子ドット層３３，４１，４２中の量子ドット３１１，４１１によって保持される。
【００４３】
一方、電極５中の正孔１２は、複数の量子ドット４１１を介して量子ドット層４３，４２中を伝導し、量子ドット層４１，３３，３２中へ注入される。そして、注入された正孔は、量子ドット層４１，３３，３２中の量子ドット４１１，３１１によって保持される。
【００４４】
そうすると、量子ドット層４１，３３中の量子ドット３１１，４１１に蓄積された電子１３は、量子ドット層４１，３３中の量子ドット３１１，４１１に蓄積された正孔１４と再結合して発光する。
【００４５】
発光素子１０においては、量子ドット層３１〜３３の複数の量子ドット３１１は、ｎ型にドーピングされ、量子ドット層４１〜４３の複数の量子ドット４１１は、ｐ型にドーピングされているため、複数の量子ドット３１１は、ｎ型にドーピングされていない場合よりもサブ準位Ｌｓｕｂ１が低くなり、複数の量子ドット４１１は、ｐ型にドーピングされていない場合よりもサブ準位Ｌｓｕｂ４が低くなる。その結果、ｎ＋Ｓｉ中の電子は、複数の量子ドット３１１がｎ型にドーピングされていない場合よりも量子ドット層３１，３２を伝導し易くなり、より多くの電子が量子ドット層３３，４１に蓄積される。また、電極５中の正孔は、複数の量子ドット４１１がｐ型にドーピングされていない場合よりも量子ドット層４３，４２中を伝導し易くなり、より多くの正孔が量子ドット層４１，３３に蓄積される。
【００４６】
したがって、この発明によれば、発光効率を高くできる。
【００４７】
図５は、リモート水素プラズマ処理を行なうためのプラズマ処理装置の概略図である。図５を参照して、プラズマ処理装置６００は、石英管６１０と、反応室６２０と、基板ホルダー６３０と、ヒーター６４０と、配管６５０と、バルブ６６０と、アンテナ６７０と、マッチング回路５８０と、高周波電源５９０とを備える。
【００４８】
石英管６１０は、１０ｃｍφの直径を有し、その一方端が反応室６２０内に挿入されるように固定される。反応室６２０は、中空の円筒形状からなり、上面６２０Ａに石英管６１０の一方端を挿入するための開口部６２１を有し、側面６２０Ｂに排気口６２０Ｂを有する。そして、反応室６２０は、開口部６２１から石英管６１０の一方端が挿入されることによって、内部空間が石英管６１０の内部空間と連通する。従って、ポンプ（図示せず）によって反応室６２０および石英管６１０の内部の気体を排気口６２２を介して排気できる。
【００４９】
基板ホルダー６３０は、反応室６２０の下面６２０Ｂ上に配置される。ヒーター６４０は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）からなり、基板ホルダー６３０内に配置される。
【００５０】
配管６５０は、バルブ６６０を介して石英管６１０の他方端に連結される。バルブ６６０は、配管６５０に装着される。アンテナ６７０は、基板ホルダー６３０上に設置された基板７００Ａから３２ｃｍの位置で石英管６１０の周囲を取り巻くように配置される。そして、アンテナ６７０は、その一方端がマッチング回路６８０に接続され、他方端が接地される。
【００５１】
マッチング回路６８０は、アンテナ６７０の一方端と高周波電源６９０との間に接続される。高周波電源６９０は、マッチング回路６８０と、接地ノードとの間に接続される。
【００５２】
ヒーター６４０は、基板ホルダー６３０を介して基板７００Ａを所定の温度に加熱する。配管６５０は、水素（Ｈ２）ガスをボンベ（図示せず）から石英管６１０内に導く。バルブ６６０は、Ｈ２ガスを石英管６１０内へ供給し、またはＨ２ガスの石英管６１０内への供給を遮断する。
【００５３】
マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射を低くして高周波電力をアンテナ６７０へ供給する。高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０へ供給する。
【００５４】
プラズマ処理装置６００における処理動作について説明する。基板７００が基板ホルダー６３０上に配置され、排気口６２２から反応室６２０および石英管６１０の真空引きが行なわれる。
【００５５】
その後、バルブ６６０が開けられ、ボンベ（図示せず）から所定量のＨ２ガスが配管６５０を介して石英管６１０内へ導入される。そして、石英管６１０内の圧力が所定の圧力に達すると、高周波電源６９０は、６０ＭＨｚの高周波電力をマッチング回路６８０を介してアンテナ６７０に供給する。この場合、マッチング回路６８０は、高周波電源６９０から供給された高周波電力の高周波電源６９０側への反射が最も低くなるように調整される。
【００５６】
そうすると、石英管６１０内でプラズマ７１０が発生し、主に原子状水素がプラズマ７１０の発生領域から基板７００の方向へ石英管６１０内を拡散し、基板７００表面に到達する。そして、原子状水素は、基板７００表面を処理する。
【００５７】
所定の処理時間が経過すると、高周波電源６９０がオフされ、バルブ６６０が閉じられて処理動作が終了する。
【００５８】
図６から図８は、それぞれ、図１に示す発光素子１０の製造方法を説明するための第１から第３の工程図である。図６を参照して、発光素子１０の製造が開始されると、ｎ＋Ｓｉからなる基板１が準備され、基板１をＲＣＡ洗浄した後、基板１を酸化装置にセットする。
【００５９】
そして、基板１の一主面を２％の酸素雰囲気中において約１０００℃で酸化することにより基板１の一主面の全面にシリコン酸化膜２を形成する（図６の工程（ａ）参照）。
【００６０】
その後、シリコン酸化膜２／基板１をプラズマ処理装置６００の基板ホルダー６３０にセットする。そして、プラズマ処理装置６００において、アルゴン（Ａｒ）ガスを石英管６１０内に流し、リモートアルゴンプラズマによってシリコン酸化膜２の表面を処理し、引き続いて、Ｈ２ガスを石英管６１０内に流し、リモート水素プラズマによってシリコン酸化膜２の表面を処理する。これによって、シリコン酸化膜２の表面がＯＨ７によって終端される（図６の工程（ｂ）参照）。なお、この場合、Ａｒガスの流量は、５０ｓｃｃｍであり、Ｈ２ガスの流量は、６０ｓｃｃｍである。
【００６１】
その後、プラズマ処理装置６００において、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよびヘリウム希釈の１０％フォスフィン（ＰＨ３／Ｈｅ）ガスを原料として、減圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって量子ドット３１１を自己組織的にシリコン酸化膜２上に形成する（図６の工程（ｃ）参照）。
【００６２】
この場合、基板温度は、５６０℃であり、反応圧力は、２６．７Ｐａであり、ＳｉＨ４ガスの流量は、３０ｓｃｃｍであり、ＰＨ３ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、反応時間は、３分である。
【００６３】
引き続いて、酸素（Ｏ２）ガスを石英管６１０内に流し、リモート酸素プラズマによってシリコン酸化膜３１２を量子ドット３１１を覆うように形成する（図６の工程（ｄ）参照）。この場合、Ｏ２ガスの流量は、５０ｓｃｃｍである。
【００６４】
その後、上述した工程（ｂ）〜工程（ｄ）を２回繰り返し実行し、ドット部材３をシリコン酸化膜２上に形成する（図６の工程（ｅ）参照）。
【００６５】
引き続いて、プラズマ処理装置６００において、Ａｒガスを石英管６１０内に流し、リモートアルゴンプラズマによってドット部材３の最上層のシリコン酸化膜３１２の表面を処理し、引き続いて、Ｈ２ガスを石英管６１０内に流し、リモート水素プラズマによってドット部材３の最上層のシリコン酸化膜３１２の表面を処理する。これによって、ドット部材３の最上層のシリコン酸化膜３１２の表面がＯＨ８によって終端される（図７の工程（ｆ）参照）。この場合、Ａｒガスの流量およびＨ２ガスの流量は、上述した流量と同じである。
【００６６】
その後、プラズマ処理装置６００において、ＳｉＨ４ガスおよびヘリウム希釈の１０％ジボラン（Ｂ２Ｈ６／Ｈｅ）ガスを原料として、ＬＰＣＶＤ法によって量子ドット４１１を自己組織的にシリコン酸化膜３１２上に形成する（図７の工程（ｇ）参照）。
【００６７】
この場合、基板温度は、５６０℃であり、反応圧力は、２６．７Ｐａであり、ＳｉＨ４ガスの流量は、３０ｓｃｃｍであり、Ｂ２Ｈ６ガスの流量は、１０ｓｃｃｍであり、反応時間は、３分である。
【００６８】
引き続いて、Ｏ２ガスを石英管６１０内に流し、リモート酸素プラズマによってシリコン酸化膜４１２を量子ドット４１１を覆うように形成する（図７の工程（ｈ）参照）。この場合、Ｏ２ガスの流量は、上述した流量と同じである。
【００６９】
その後、上述した工程（ｆ）〜工程（ｈ）を２回繰り返し実行し、ドット部材４をドット部材３上に形成する（図７の工程（ｉ）参照）。
【００７０】
そして、ドット部材４／ドット部材３／シリコン酸化膜２／基板１をＮ２アニールする。この場合、Ｎ２ガスの流量は、１リッター／分であり、温度は、１０００℃であり、時間は、３０分である。
【００７１】
引き続いて、ドット部材４上に電極５を蒸着によって形成し（図８の工程（ｊ）参照）、電極６を蒸着によって基板１の裏面に形成する（図８の工程（ｋ）参照）。これによって、発光素子１０が完成する。
【００７２】
図９は、図６に示す工程（ｃ）および図７に示す工程（ｇ）の詳細な動作を説明するための図である。
【００７３】
図９を参照して、図６に示す工程（ｃ）においては、ＳｉＨ４ガスがタイミングｔ１からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給され、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、ＰＨ３ガスがＳｉＨ４ガスに追加して反応室６２０に供給され、ｎ型シリコンドットからなる量子ドット３１１が形成される。
【００７４】
また、図７に示す工程（ｇ）においては、ＳｉＨ４ガスがタイミングｔ１からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給され、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、Ｂ２Ｈ６ガスがＳｉＨ４ガスに追加して反応室６２０に供給され、ｐ型シリコンドットからなる量子ドット４１１が形成される。
【００７５】
そして、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの時間は、３分であり、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間は、１秒である。
【００７６】
従って、この発明においては、Ｐのδドーピングによって量子ドット３１１が形成され、Ｂのδドーピングによって量子ドット４１１が形成される。
【００７７】
このように、この発明においては、ＰのソースガスであるＰＨ３ガスをＳｉＨ４ガスを反応室６２０に供給するタイミングｔ１とタイミングｔ３との中間時点であるタイミングｔ４よりも後のタイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給することによってＰをδドーピングし、量子ドット３１１を形成する。
【００７８】
また、ＢのソースガスであるＢ２Ｈ６ガスをＳｉＨ４ガスを反応室６２０に供給するタイミングｔ１とタイミングｔ３との中間時点であるタイミングｔ４よりも後のタイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、反応室６２０に供給することによってＢをδドーピングし、量子ドット４１１を形成する。
【００７９】
さらに、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長と等しい。
【００８０】
ＰＨ３ガスおよびＢ２Ｈ６ガスをＳｉＨ４ガスの供給時間であるタイミングｔ１−タイミングｔ３間の最後に反応室６２０に供給するのは、量子ドットがＳｉＨ４ガスの供給し始めから直ぐに成長するのではなく、量子ドットが成長し始めるまでに、ある程度の潜伏時間があるので、量子ドットが成長し始めた後に、ＰまたはＢをドーピングして品質の良いｎ型シリコンドットからなる量子ドット３１１およびｐ型シリコンドットからなる量子ドット４１１を形成するためである。
【００８１】
そして、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間長は、量子ドット３１１，４１１中に含まれるＰ濃度およびＢ濃度を決定する要因になるので、相対的に高いＰ濃度またはＢ濃度をドーピングする場合、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間長は、相対的に長く設定され、相対的に低いＰ濃度またはＢ濃度をドーピングする場合、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの時間長は、相対的に短く設定される。この場合、タイミングｔ３は、タイミングｔ４よりもタイミングｔ１側に設定されてもよい。
【００８２】
また、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長と一致していなくてもよく、量子ドット３１１中のＰ濃度と量子ドット４１１中のＢ濃度との関係に依存に決定される。すなわち、量子ドット３１１中のＰ濃度が量子ドット４１１中のＢ濃度よりも高い場合、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長よりも長く設定され、量子ドット３１１中のＰ濃度が量子ドット４１１中のＢ濃度よりも低い場合、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長よりも短く設定され、量子ドット３１１中のＰ濃度が量子ドット４１１中のＢ濃度に略一致する場合、ＰＨ３ガスを反応室６２０に供給する時間長は、Ｂ２Ｈ６ガスを反応室６２０に供給する時間長に略等しい。
【００８３】
図１０は、この発明の実施の形態による他の発光素子の斜視図である。また、図１１は、図１０に示す線ＸＩ−ＸＩ間における発光素子の断面図である。図１０および図１１を参照して、発光素子１０Ａは、図１および図２に示す発光素子１０の基板１を基板１Ａに代え、電極５を電極５Ａに代えたものであり、その他は、発光素子１０と同じである。
【００８４】
なお、発光素子１０Ａにおいては、ドット部材４は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成され、ドット部材３は、ドット部材４に接してドット部材４上に形成される。
【００８５】
基板１Ａは、（１００）面および約８〜１２Ω・ｃｍの比抵抗を有するｐ＋型シリコン（ｐ＋−Ｓｉ）からなる。
【００８６】
電極５Ａは、Ａｌからなり、ドット部材３に接してドット部材３上に形成される。
【００８７】
このように、発光素子１０Ａは、発光素子１０のドット部材３とドット部材４とを基板上に積層する順番を入れ替えた発光素子である。
【００８８】
そして、発光素子１０Ａのゼロバイアス時のエネルギーバンド図は、図３に示すエネルギーバンド図と同じであり、発光素子１０Ａの電流通電時のエネルギーバンド図は、図４に示すエネルギーバンド図と同じである。したがって、発光素子１０Ａは、発光素子１０と同じ機構によって発光する。
【００８９】
また、発光素子１０Ａは、上述した図６から図８に示す工程（ａ）〜工程（ｋ）に従って製造される。この場合、図６に示す工程（ｂ）〜工程（ｄ）において、ＰＨ３ガスの代わりにＢ２Ｈ６ガスが用いられて、量子ドット４１１を含む量子ドット層４１〜４３がシリコン酸化膜２上に順次形成され、図７に示す工程（ｆ）〜工程（ｈ）において、Ｂ２Ｈ６ガスの代わりにＰＨ３ガスが用いられて、量子ドット３１１を含む量子ドット層３１〜３３がドット部材４上に順次形成される。
【００９０】
図１２は、発光素子１０，１０Ａの電流−電圧特性を示す図である。図１２において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、ゲート電圧（すなわち、電極５，６の電圧または電極５Ａ，６間の電圧）を表す。また、曲線ｋ１，ｋ２は、図１および図２に示す発光素子１０の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ３，ｋ４は、図１０および図１１に示す発光素子１０Ａの電流−電圧特性を示す。
【００９１】
発光素子１０は、整流特性を示し（曲線ｋ１，ｋ２参照）、発光素子１０Ａは、整流特性を示す（曲線ｋ３，ｋ４参照）。
【００９２】
したがって、上述した方法によって作成した発光素子１０，１０Ａは、ｐ−ｎ接合から構成されていることが解った。
【００９３】
図１３は、発光素子１０，１０Ａの発光特性を示す図である。図１３において、縦軸は、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の強度を表し、横軸は、波長を表す。
【００９４】
また、図１３の右側の図は、発光素子１０の発光特性を示し、図１３の左側の図は、発光素子１０Ａの発光特性を示す。
【００９５】
図１３から明らかなように、ゲート電圧（すなわち、電極５，６の電圧または電極５Ａ，６間の電圧）を大きくすることによって、発光強度は、強くなる。これは、ゲート電圧（すなわち、電極５，６の電圧または電極５Ａ，６間の電圧）が大きくなることによって、ドット部材３，４中へ注入される電子および正孔が増加するからである。
【００９６】
このように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、量子ドット３１１中へ注入された電子が量子ドット４１１中へ注入された正孔と再結合して発光することが実験的に実証された。
【００９７】
図１４は、図１および図２に示す発光素子１０のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。また、図１５は、図１および図２に示す発光素子１０の順方向における電流−電圧特性を示す図である。
【００９８】
図１４において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ５は、発光素子１０のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ６は、基板１上に形成されたノンドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ７は、基板１上に形成されたＢドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ８は、基板１上に形成されたＰドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す。
【００９９】
図１５において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ９は、発光素子１０の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ１０は、ノンドープの量子ドット／基板１の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ１１は、Ｂドープの量子ドット／基板１の電流−電圧特性を示し、曲線ｋ１２は、Ｐドープの量子ドット／基板１の電流−電圧特性を示す。
【０１００】
発光素子１０の電流密度は、ゲート電圧が０．７Ｖよりも低い領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも高く、ゲート電圧が０．７Ｖ以上の領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも低い（曲線ｋ９〜ｋ１２参照）。
【０１０１】
一方、発光素子１０の発光強度は、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも強い。より具体的には、発光素子１０の発光強度は、ノンドープの量子ドット／基板１およびＢドープの量子ドット／基板１よりも約１桁強く、Ｐドープの量子ドット／基板１よりも約２桁強い（曲線ｋ５〜ｋ８参照）。
【０１０２】
このように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、発光素子１０は、ノンドープのシリコンドットを含むサンプル、またはｎ型シリコンドットおよびｐ型シリコンドットのいずれか一方を含むサンプルよりも発光強度が１桁以上強くなる。
【０１０３】
図１６は、図１および図２に示す発光素子１０におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。図１６において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、電流密度を表す。また、曲線ｋ１３は、発光素子１０におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ１４は、ノンドープの量子ドット／基板１におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ１５は、Ｂドープの量子ドット／基板１におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ１６は、Ｐドープの量子ドット／基板１におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す。
【０１０４】
発光素子１０の発光強度は、ノンドープの量子ドット／基板１、Ｂドープの量子ドット／基板１およびＰドープの量子ドット／基板１よりも強い。より具体的には、発光素子１０の発光強度は、同じ電流密度において、ノンドープの量子ドット／基板１およびＢドープの量子ドット／基板１よりも約１桁強く、Ｐドープの量子ドット／基板１よりも約２桁強い（曲線ｋ１３〜ｋ１６参照）。
【０１０５】
このように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、発光効率が１桁以上向上する。
【０１０６】
これは、量子ドット３１１へ注入された電子および量子ドット４１１へ注入された正孔は、それぞれ、サブ準位Ｌｓｕｂ１，Ｌｓｕｂ４に閉じ込められ、発光再結合する割合が高いからである。
【０１０７】
図１７は、図１０および図１１に示す発光素子１０ＡのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。また、図１８は、図１０および図１１に示す発光素子１０Ａの逆方向における電流−電圧特性を示す図である。
【０１０８】
図１７において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ１７は、発光素子１０ＡのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ１８は、基板１Ａ上に形成されたノンドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ１９は、基板１Ａ上に形成されたＢドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示し、曲線ｋ２０は、基板１Ａ上に形成されたＰドープの量子ドットのＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す。
【０１０９】
図１８において、縦軸は、電流密度を表し、横軸は、ゲート電圧を表す。また、曲線ｋ２１は、発光素子１０Ａの電流−電圧特性を示し、曲線ｋ２２は、ノンドープの量子ドット／基板１Ａの電流−電圧特性を示し、曲線ｋ２３は、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａの電流−電圧特性を示し、曲線ｋ２４は、Ｐドープの量子ドット／基板１Ａの電流−電圧特性を示す。
【０１１０】
発光素子１０Ａの電流密度は、ゲート電圧が約−７Ｖよりも高い領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、およびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも高く、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａよりも低い。また、発光素子１０Ａの電流密度は、ゲート電圧が約−７Ｖ以下の領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、Ｂドープの量子ドット／基板１ＡおよびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも低い（曲線ｋ２１〜ｋ２４参照）。
【０１１１】
一方、発光素子１０Ａの発光強度は、ゲート電圧が約−１０Ｖよりも高い領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、およびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも強く、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａよりも弱い。また、発光素子１０Ａの発光強度は、ゲート電圧が約−１０Ｖ〜−１８Ｖの領域においては、ノンドープの量子ドット／基板１Ａよりも強く、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａ、およびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも弱い（曲線ｋ１７〜曲線ｋ２０参照）。
【０１１２】
図１９は、図１０および図１１に示す発光素子１０ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。図１９において、縦軸は、ＥＬ発光の積分強度を表し、横軸は、電流密度を表す。また、曲線ｋ２５は、発光素子１０におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ２６は、ノンドープの量子ドット／基板１ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ２７は、Ｂドープの量子ドット／基板１ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示し、曲線ｋ２８は、Ｐドープの量子ドット／基板１ＡにおけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す。
【０１１３】
発光素子１０Ａの発光強度は、１Ａ／ｃｍ２よりも低い電流密度において、ノンドープの量子ドット／基板１Ａ、Ｂドープの量子ドット／基板１ＡおよびＰドープの量子ドット／基板１Ａよりも強い。
【０１１４】
発光素子１０Ａの発光強度は、特に、ノンドープの量子ドット／基板１ＡおよびＢドープの量子ドット／基板１Ａよりも約１桁以上強い（曲線ｋ２５〜ｋ２８参照）。
【０１１５】
ｐ型シリコンからなる基板１Ａを用いた場合、発光素子１０Ａの発光強度は、同じゲート電圧において、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａからなるサンプルよりも弱いが（図１７の曲線ｋ１７，ｋ１９参照）、同じ電流密度においては、Ｂドープの量子ドット／基板１Ａからなるサンプルよりも１桁以上強くなる（図１９の曲線ｋ２５，ｋ２７参照）。
【０１１６】
したがって、ｐ型基板１Ａを用いた場合においても、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、発光効率が１桁以上向上することが実験的に実証された。
【０１１７】
上述したように、ｎ型シリコンドットを含むドット部材３とｐ型シリコンドットを含むドット部材４とを接して形成することによって、ｎ型基板１およびｐ型基板１Ａのいずれの基板を用いても、発光素子１０，１０Ａの発光強度を向上できることが実験的に実証された。
【０１１８】
図２０は、この発明の実施の形態によるさらに他の発光素子の断面図である。図２０を参照して、この発明の実施の形態による発光素子１０Ｂは、図１および図２に示す発光素子１０のドット部材３，４をそれぞれドット部材３０，４０に代えたものであり、その他は、発光素子１０と同じである。
【０１１９】
ドット部材３０は、シリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成される。ドット部材４０は、ドット部材３０に接してドット部材３０上に形成される。そして、電極５は、ドット部材４０に接してドット部材４０上に形成される。
【０１２０】
ドット部材３０は、量子ドット層３０１〜３０３を含む。量子ドット層３０１は、量子ドット層３１の量子ドット３１１を量子ドット３１０に代えたものであり、その他は、量子ドット層３１と同じである。
【０１２１】
量子ドット３１０は、ｐドープのＮｉシリサイドドットからなる。そして、量子ドット３１０は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット３１０中のＰ濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。
【０１２２】
なお、量子ドット層３０２，３０３の各々は、量子ドット層３０１と同じ構成からなる。
【０１２３】
ドット部材４０は、量子ドット層４０１〜４０３を含む。量子ドット層４０１は、量子ドット層４１の量子ドット４１１を量子ドット４１０に代えたものであり、その他は、量子ドット層４１と同じである。
【０１２４】
量子ドット４１０は、Ｂドープのニッケル（Ｎｉ）シリサイドドットからなる。そして、量子ドット４１０は、約１０ｎｍ以下の直径および約５ｎｍの高さを有する。また、量子ドット４１０中のＢ濃度は、１０１７〜１０１８ｃｍ−３である。
【０１２５】
なお、量子ドット層４０２，４０３の各々は、量子ドット層４０１と同じ構成からなる。
【０１２６】
量子ドット層３０１〜３０３は、シリコン酸化膜２上に順次積層され、量子ドット層４０１〜４０３は、ドット部材３０上に順次積層される。
【０１２７】
図２１から図２３は、それぞれ、図２０に示す発光素子１０Ｂの製造工程を示す第１から第３の工程図である。
【０１２８】
図２１を参照して、発光素子１０Ｂの製造が開始されると、上述した工程（ａ）〜工程（ｃ）が順次実行された後、Ｎｉ薄膜９を量子ドット３１１上に形成し（工程（ｄ１）参照）、その後、量子ドット３１１およびＮｉ薄膜９を熱処理して量子ドット３１０を形成する（工程（ｄ２）参照）。
【０１２９】
その後、シリコン酸化膜３１２が上述した方法によって量子ドット３１０上に形成される（工程（ｄ３）参照）。そして、工程（ｂ）〜工程８ｄ３）が２回繰り返し実行され、ドット部材３０がシリコン酸化膜２上に形成される（工程（ｅ１）参照）。
【０１３０】
引き続いて、上述した工程（ｆ），（ｇ）が順次実行された後、Ｎｉ薄膜１１を量子ドット４１０上に形成し（工程（ｈ１）参照）、その後、量子ドット４１０およびＮｉ薄膜１１を熱処理して量子ドット４１０を形成する（工程（ｈ２）参照）。
【０１３１】
そして、シリコン酸化膜４１２が上述した方法によって量子ドット４１０上に形成される（工程（ｈ３）参照）。
【０１３２】
その後、工程（ｆ）〜工程（ｈ３）を２回繰り返し実行し、ドット部材４０をドット部材３０上に形成する（工程（ｉ１）参照）。
【０１３３】
そして、電極５を蒸着によってドット部材４０上に形成し（工程（ｊ１）参照）、電極６を蒸着によって基板１の裏面に形成する（工程（ｋ１）参照）。これによって、発光素子１０Ｂが完成する。
【０１３４】
発光素子１０Ｂは、上述したように、ＰドープされたＮｉシリサイドドットからなる量子ドット３１０と、ＢドープされたＮｉシリサイドドットからなる量子ドット４１０とを含むので、発光素子１０，１０Ａと同様に高い発光効率を有する。
【０１３５】
なお、発光素子１０Ｂにおいては、ドット部材４０をシリコン酸化膜２に接してシリコン酸化膜２上に形成し、ドット部材３０をドット部材４０に接してドット部材４０上に形成してもよい。
【０１３６】
また、発光素子１０Ｂにおいては、量子ドット３１０，４１０は、タングステン（Ｗ）シリサイドからなっていてもよい。
【０１３７】
さらに、上記においては、発光素子１０のドット部材３は、３層の量子ドット層３１〜３３を含み、ドット部材４は、３層の量子ドット４１〜４３を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、発光素子１０のドット部材３は、Ｐドープされた量子ドットを含む２層以上の量子ドット層を備えていればよく、ドット部材４は、Ｂドープされた量子ドットを含む２層以上の量子ドット層を備えていればよい。
【０１３８】
発光素子１０Ａ，１０Ｂについても同様である。
【０１３９】
この発明においては、ドット部材３は、「第１のドット部材」を構成し、ドット部材４は、「第２のドット部材」を構成する。
【０１４０】
また、この発明においては、ドット部材３０は、「第１のドット部材」を構成し、ドット部材４０は、「第２のドット部材」を構成する。
【０１４１】
さらに、この発明においては、量子ドット３１１は、「第１の量子ドット」を構成し、シリコン酸化膜３１２は、「第１の絶縁層」を構成する。
【０１４２】
さらに、この発明においては、量子ドット４１１は、「第２の量子ドット」を構成し、シリコン酸化膜４１２は、「第２の絶縁層」を構成する。
【０１４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
この発明は、発光効率が向上可能な発光素子に適用される。また、この発明的は、発光効率が向上可能な発光素子の製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】この発明の実施の形態による発光素子の斜視図である。
【図２】図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間における発光素子の断面図である。
【図３】図１に示す発光素子のゼロバイアス時のエネルギーバンド図である。
【図４】図１に示す発光素子の電流通電時のエネルギーバンド図である。
【図５】リモート水素プラズマ処理を行なうためのプラズマ処理装置の概略図である。
【図６】図１に示す発光素子の製造方法を説明するための第１の工程図である。
【図７】図１に示す発光素子の製造方法を説明するための第２の工程図である。
【図８】図１に示す発光素子の製造方法を説明するための第３の工程図である。
【図９】図６に示す工程（ｃ）および図７に示す工程（ｇ）の詳細な動作を説明するための図である。
【図１０】この発明の実施の形態による他の発光素子の斜視図である。
【図１１】図１０に示す線ＸＩ−ＸＩ間における発光素子の断面図である。
【図１２】発光素子の電流−電圧特性を示す図である。
【図１３】発光素子の発光特性を示す図である。
【図１４】図１および図２に示す発光素子のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。
【図１５】図１および図２に示す発光素子の順方向における電流−電圧特性を示す図である。
【図１６】図１および図２に示す発光素子におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。
【図１７】図１０および図１１に示す発光素子のＥＬ発光の積分強度とゲート電圧との関係を示す図である。
【図１８】図１０および図１１に示す発光素子の逆方向における電流−電圧特性を示す図である。
【図１９】図１０および図１１に示す発光素子におけるＥＬ発光の積分強度と電流密度との関係を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態によるさらに他の発光素子の断面図である。
【図２１】図２０に示す発光素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図２２】図２０に示す発光素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図２３】図２０に示す発光素子の製造工程を示す第３の工程図である。
【符号の説明】
【０１４６】
３，４ ドット部材、１０ 発光素子、３１〜３３，４１〜４３ 量子ドット層、３１１，４１１ 量子ドット、３１２，４１２ シリコン酸化膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む第１のドット部材と、
前記第１のドット部材に接して配置され、前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む第２のドット部材とを備える発光素子。
【請求項２】
前記第１のドット部材は、
前記第１の量子ドットと、
前記第１の量子ドットを覆う第１の絶縁層とを含み、
前記第２のドット部材は、
前記第２の量子ドットと、
前記第２の量子ドットを覆う第２の絶縁層とを含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１のドット部材に接し、前記第１の導電型を有する基板を更に備え、
前記第２のドット部材は、前記第１のドット部材上に配置される、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の導電型は、ｐ型であり、
前記第２の導電型は、ｎ型である、請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の導電型は、ｎ型であり、
前記第２の導電型は、ｐ型である、請求項３に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１および第２の量子ドットは、シリコンドットからなる、請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１および第２の量子ドットは、金属シリサイドドットからなる、請求項５に記載の発光素子。
【請求項８】
第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む第１のドット部材を前記第１の導電型を有する半導体基板の一主面に堆積する第１の工程と、
前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む第２のドット部材を前記第１のドット部材上に堆積する第２の工程とを備える発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程は、
真性型の第３の量子ドットを堆積するための第１の材料ガスを反応室に供給する第１のサブ工程と、
第１の不純物ガスを前記第１の材料ガスに追加して前記反応室に供給する第２のサブ工程とを含み、
前記第２の工程は、
真性型の第４の量子ドットを堆積するための第２の材料ガスを前記反応室に供給する第３のサブ工程と、
第２の不純物ガスを前記第２の材料ガスに追加して前記反応室に供給する第４のサブ工程とを含む、請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の材料ガスは、前記第１のサブ工程において、第１のタイミングから第２のタイミングまで前記反応室に供給され、
前記第１の不純物ガスは、前記第２のサブ工程において、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の第３のタイミングから前記第２のタイミングまで前記第１の材料ガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第２の材料ガスは、前記第３のサブ工程において、第４のタイミングから第５のタイミングまで前記第２の材料ガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第２の不純物ガスは、前記第４のサブ工程において、前記第４のタイミングと前記第５のタイミングとの間の第６のタイミングから前記第４のタイミングまで前記反応室に供給される、請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第３のタイミングは、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの中間時点よりも後であり、
前記第６のタイミングは、前記第４のタイミングと前記第５のタイミングとの中間時点よりも後である、請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の材料ガスは、前記第２の材料ガスと同じである、請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第２のサブ工程において、フォスフィンガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第３のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第４のサブ工程において、ジボランガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給される、請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第２のサブ工程において、ジボランガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第３のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第４のサブ工程において、フォスフィンガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給される、請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１のタイミングから前記第２のタイミングまでの時間長は、前記第４のタイミングから前記第５のタイミングまでの時間長に略等しい、請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１】
第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む第１のドット部材と、
前記第１のドット部材に接して配置され、前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む第２のドット部材とを備える発光素子。
【請求項２】
前記第１のドット部材は、
前記第１の量子ドットと、
前記第１の量子ドットを覆う第１の絶縁層とを含み、
前記第２のドット部材は、
前記第２の量子ドットと、
前記第２の量子ドットを覆う第２の絶縁層とを含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１のドット部材に接し、前記第１の導電型を有する基板を更に備え、
前記第２のドット部材は、前記第１のドット部材上に配置される、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の導電型は、ｐ型であり、
前記第２の導電型は、ｎ型である、請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の導電型は、ｎ型であり、
前記第２の導電型は、ｐ型である、請求項３に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１および第２の量子ドットは、シリコンドットからなる、請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１および第２の量子ドットは、金属シリサイドドットからなる、請求項５に記載の発光素子。
【請求項８】
第１の導電型を有する第１の量子ドットを含む第１のドット部材を前記第１の導電型を有する半導体基板の一主面に堆積する第１の工程と、
前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第２の量子ドットを含む第２のドット部材を前記第１のドット部材上に堆積する第２の工程とを備える発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１の工程は、
真性型の第３の量子ドットを堆積するための第１の材料ガスを反応室に供給する第１のサブ工程と、
第１の不純物ガスを前記第１の材料ガスに追加して前記反応室に供給する第２のサブ工程とを含み、
前記第２の工程は、
真性型の第４の量子ドットを堆積するための第２の材料ガスを前記反応室に供給する第３のサブ工程と、
第２の不純物ガスを前記第２の材料ガスに追加して前記反応室に供給する第４のサブ工程とを含む、請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の材料ガスは、前記第１のサブ工程において、第１のタイミングから第２のタイミングまで前記反応室に供給され、
前記第１の不純物ガスは、前記第２のサブ工程において、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの間の第３のタイミングから前記第２のタイミングまで前記第１の材料ガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第２の材料ガスは、前記第３のサブ工程において、第４のタイミングから第５のタイミングまで前記第２の材料ガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第２の不純物ガスは、前記第４のサブ工程において、前記第４のタイミングと前記第５のタイミングとの間の第６のタイミングから前記第４のタイミングまで前記反応室に供給される、請求項９に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第３のタイミングは、前記第１のタイミングと前記第２のタイミングとの中間時点よりも後であり、
前記第６のタイミングは、前記第４のタイミングと前記第５のタイミングとの中間時点よりも後である、請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の材料ガスは、前記第２の材料ガスと同じである、請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第２のサブ工程において、フォスフィンガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第３のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第４のサブ工程において、ジボランガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給される、請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第２のサブ工程において、ジボランガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給され、
前記第３のサブ工程において、シランガスが前記反応室に供給され、
前記第４のサブ工程において、フォスフィンガスが前記シランガスに追加して前記反応室に供給される、請求項１２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１のタイミングから前記第２のタイミングまでの時間長は、前記第４のタイミングから前記第５のタイミングまでの時間長に略等しい、請求項１１に記載の発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００９−２２４７３６（Ｐ２００９−２２４７３６Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７０６０２（Ｐ２００８−７０６０２）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １．発行者名 ＴＨＥ ＪＡＰＡＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ２．刊行物名、巻数、号数 Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００７ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＴＳＵＫＵＢＡ，２００７ ３．発行日 平成１９年 ９月１９日
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １．発行者名 ＴＨＥ ＪＡＰＡＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ２．刊行物名、巻数、号数 Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００７ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＴＳＵＫＵＢＡ，２００７ ３．発行日 平成１９年 ９月１９日
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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