JP2021506723A

JP2021506723A - 量子ドット及びその作製方法と応用

Info

Publication number: JP2021506723A
Application number: JP2020552090A
Authority: JP
Inventors: 一行楊; 磊銭; 成玉楊; 潔龍丘; 志文聶
Original assignee: TCL Technology Group Co Ltd
Current assignee: TCL Technology Group Co Ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2021-02-22
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: EP3733812B1; KR20200090218A; EP3733812A1; JP7017645B2; EP3733812A4; WO2019129005A1; US20200377791A1; KR102390712B1; US11499095B2

Abstract

量子ドット及びその作製方法と応用であって、該方法は、以下のステップを含む。まず、化合物量子ドットコアを形成し、次に、前記化合物量子ドットコアを含む反応系に、合金化する金属元素Ｍ２の前駆体を加え、この金属元素Ｍ２は、既存化合物量子ドットコア内の金属元素Ｍ１とカチオンを交換することで、合金コアを持つ量子ドットが形成される。このような方法では、合金化された成分の分布が、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されることが可能であるため、合金化量子ドットに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。【選択図】図１

Description

本発明は、量子ドットの技術分野に関し、特に、量子ドット及びその作製方法と応用に関する。

量子ドットは、３つのディメンジョンのサイズが共にナノメートルのオーダーに制限されている特殊な材料である。このような顕著な量子閉じ込め効果により、量子ドットは、連続的に調整可能なエミッション波長、狭い発光波長、広い吸収スペクトル、高い発光強度、長い蛍光寿命及び良い生体適合性等の多くの独特なナノ特性を有している。これらの特徴により、量子ドットは、バイオマーカー、フラットパネルディスプレイ、ソリッドステート照明、太陽光発電等の分野で、いずれも幅広い応用が見込まれている。

周知のように、理論的な観点から見れば、量子ドットのエミッション波長は、量子ドットコアのサイズ及び成分を変えることで簡便な制御を実現可能である。しかし、実際には、ある特定のエミッション波長の量子ドットに確実に達するには、コア形成及び成長速度論等の面で、反応時間の厳密な制御、様々な表面配位子ユニットの試行、反応前駆体の注入の最適化等を含め、大量の面倒な試験を行う必要がある。ＣｄＳｅ系に基づく青色発光量子ドットを作製する場合、上述した技術の実現困難度は、より顕著に現れる。具体的には、短いエミッション波長（通常、＜４８０ｎｍ）の青色量子ドットについては、量子サイズ効果の要求に応じて、ＣｄＳｅ量子ドットコアのサイズを２ｎｍ以下に制御する必要があるが、通常の反応条件下で、上記のサイズの均一な粒子径分布を達成することが困難である。従って、ＣｄＳｅ系は、より大きなサイズとなるオレンジ及び赤色の発光量子ドットの合成に用いられることが多い。

エネルギーバンド幅の制御可能性（即ち、対応する量子ドットのサイズ）での上記の二元成分量子ドット系の限界を解消するために、３つ又はそれ以上の元素を含む多元合金化量子ドット系（ａｌｌｏｙｅｄＱＤｓ）の開発に成功している。合金化半導体材料の特徴は、エネルギーバンド幅、励起子ボーア半径及び格子定数等を含め、各組成元素により形成された二元化合物の総合的な特性を持つ。この特徴は、量子ドット材料系についても同様であり、例えば、ＺｎＳｅやＺｎＳのような広いバンドギャップの半導体材料を狭いバンドギャップのＣｄＳｅ量子ドットにドープすれば、本来の量子ドットコアのエネルギーバンド幅を増やすことができる。これは、青色、特に深青色の発光量子ドットの実現にとって、重要な意義を有する。量子ドットバンドギャップの制御可能範囲を拡張できることに加えて、合金化量子ドット系は、さらなる利点を提供できる。具体的には、まず、コアとシェルとの間に形成された合金化界面は、格子遷移層として使用可能であり、次に、合金化量子ドットは、量子ドット成長の異方性の広がりに敏感ではないため、より狭いスペクトル幅を実現可能である。

現在、合金化量子ドットを作製するために最も広く使用されている方法は、異なる反応前駆体の反応活性の差異に基づく作製手法であり、例えば、ワンポット法（ｏｎｅ−ｐｏｔ）による反応においては、１ステップの熱注入反応だけで、連続的な成分グレーデッド構造を持つＣｄＳｅ＠ＺｎＳコアシェル量子ドットが実現できる。反応の初期では、反応活性の高いＳｅとＣｄとは、ＣｄＳｅリッチ（ＣｄＳｅ−ｒｉｃｈ）のコアを形成する一方、比較的反応活性の低いＳは、Ｚｎと主にシェル層成長反応に参加することで、量子ドットの半径方向に沿って、ＣｄＳｅ−ｒｉｃｈのコア相からＺｎＳ−ｒｉｃｈのシェル相までの連続成分グレーデッド勾配変化が形成される。

しかし、このような従来の合金化量子ドット作製方法では、成分分布の変化が、一般に、予め各成分の前駆体の仕込み比率を調節しておくことで実現されることが多く、実際の反応過程の各反応条件パラメータを、成分分布に対する調節の実現に用いることが困難であり、即ち、このような方法における合金化及び該当の成分分布は、反応中に制御できないため、合金化量子ドット内の成分分布の精確な制御が大きく制限されている。

従って、従来技術は、更なる改善及び発展が必要である。

量子ドットの作製方法であって、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素前駆体及び非金属元素前駆体を含み、前記金属元素前駆体は、少なくとも、金属元素Ｍ^１の前駆体を含み、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、少なくとも、金属元素Ｍ^１を含むステップと、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップと、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行うステップと、を含み、
前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なる。

量子ドットであって、量子ドットコアと、前記量子ドットコアを被覆する第一半導体シェル層とを含み、
前記量子ドットコア由金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素組成、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、
前記量子ドットコアにおいて、前記量子ドットの半径方向に沿って、前記金属元素Ｍ^２の含有量は、内から外へ徐々に増加し、前記金属元素Ｍ^１の含有量は、内から外へ徐々に減少する。

量子ドットの応用であって、前記量子ドットを機能材料として半導体デバイスの作製に用いる。

このような方法では、合金化された成分の分布が、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されることが可能であるため、合金化量子ドットに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。

本発明の一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。本発明の他の一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。本発明の更に一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。本発明のさらなる一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。本発明の一部の実施形態による量子ドットの構造模式図である。本発明の他の一部の実施形態による量子ドットの構造模式図である。実施例１４における正置ボトムエミッションＱＬＥＤデバイスの構造模式図である。実施例１５における正置ボトムエミッションＱＬＥＤデバイスの構造模式図である。実施例１６における転置ボトムエミッションＱＬＥＤデバイスの構造模式図である。実施例１７における転置ボトムエミッションＱＬＥＤデバイスの構造模式図である。実施例１８における正置トップエミッションＱＬＥＤデバイスの構造模式図である。実施例１９における転置トップエミッションＱＬＥＤデバイスの構造模式図である。

本発明の目的、技術案及び効果をより明白にするために、以下、本発明を更に詳しく説明する。ここに記載の実施形態及び具体的な実施例は、本発明を解釈するためだけであり、本発明を限定するためのものではないことを理解されたい。

本発明の実施形態における以下の概念は、本分野の通常の表現に属すべきであり、例えば、「前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１である」ことは、第一量子ドットコアが金属元素Ｍ^１及び非金属元素Ｘ^１からなることを意味し、各成分の含有量の具体的な選択に関わらず、含有量に対して具体的な要求がある場合に限って、例えば、「前記第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１である」ことは、第二量子ドットコアが金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素Ｘ^１からなり、「ｃ」及び「１−ｃ」がそれぞれ金属元素Ｍ^１及び金属元素Ｍ^２に占められる含有量比率を表すことを意味する。

従来の合金化量子ドット作製方法では、成分分布の変化が、一般に、予め各成分の前駆体の仕込み比率を調節しておくことで実現されることが多く、実際の反応過程の各反応条件パラメータを、成分分布に対する調節の実現に用いることが困難であり、即ち、このような方法における合金化及び該当の成分分布は、反応中に制御できないため、合金化量子ドット内の成分分布の精確な制御が制限されている。従来の合金化量子ドット作製方法における上記問題を解決するために、本発明の実施形態は、合金化量子ドットを作製するための新しい方法を提供しており、このような方法では、合金化された成分の分布が、従来の方法のように金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されること可能であるため、合金化量子ドットに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。

図１を参照して、図１は、本発明の一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。この作製方法は、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素前駆体及び非金属元素前駆体を含み、前記金属元素前駆体は、少なくとも、金属元素Ｍ^１の前駆体を含み、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、少なくとも、金属元素Ｍ^１を含むステップＳ１１と、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップＳ１２と、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行うステップＳ１３と、を含む。

本発明の実施形態による合金化量子ドットの実現方法は、まず、化合物量子ドットコアを形成し、次に、前記化合物量子ドットコアを含む反応系に、合金化する金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、この金属元素Ｍ^２は、既存化合物量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とカチオンを交換することになり、表面に近いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が高くなるため、表面に近い方のＭ^２の成分分布が高くなる一方で、表面から遠いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が低くなるため、表面から遠い方（即ち、中心に近い方）のＭ^２の成分分布が低くなり、こうして、Ｍ^２の含有量が内から外へ徐々に増加し、Ｍ^１の含有量が内から外へ徐々に減少する合金コアを有する量子ドットが形成される。このような方法では、合金コアの成分分布が、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されること可能であるため、合金コアに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。本発明の実施形態における「中断」とは、反応系内で行っていた生成成分の成長過程が終了され、別の生成成分の成長に移行することである。実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節することで、合金化量子ドットに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。例えば、一部の実施形態において、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１である。一部の具体的な実施形態において、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１の成長を行う。行っていた第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１の成長の過程が終了され、金属元素Ｍ^２と第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１内の金属元素Ｍ^１とがカチオンを交換して、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１の成長に移行される。一般的には、温度調整を通じてカチオン交換反応の進行を促進することで中断を実現可能であるが、一部の場合、反応条件パラメータを調整せずに、中断の目的を実現することもできる。例えば、カチオン交換反応の温度を調節することで、半径方向に沿ってＭ^２が中心へ入る度合及び確率を変えることができ、温度が高いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が高くなり、且つ量子ドットコアへの浸入度合も深くなり、また、Ｍ^２の前駆体を加えるタイミングを変えてもよく、加える時点が早いほど、既存化合物量子ドットコアの形成時間が短くなり、サイズも小さくなるため、Ｍ^２の成分分布が量子ドットコアの中心に近くなり、逆に、加える時点が遅いほど、既存化合物量子ドットコアの形成時間が長くなり、サイズも大きくなるため、Ｍ^２の成分分布が量子ドットコアの中心から遠くなり、更に、Ｍ^２の前駆体を加えた後のカチオン交換反応の時間を変えてもよく、一定の時間範囲内では、反応時間が長いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が高くなり、且つ量子ドットコアへの浸入度合も深くなる。説明すべきなのは、例えば量子ドットが球形又は類似球形構造であるとした場合、量子ドットのコアも球形又は類似球形構造となり、量子ドットの半径を沿う方向とは、量子ドットの物理構造の中心から量子ドットの表面へ延びる方向を指す。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択される。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎである。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄである。

一般的に、例えばＩｎＰ、ＣｄＳ及びＣｄＳｅは、バンドギャップが狭くてボーア半径が大きいため、短い発光波長（例えば青色）を持つ量子ドットの作製が困難であり、従来の合金化量子ドットの方法によれば、作製の際、例えばＧａやＺｎのような広いバンドギャップに対応する金属元素を同時に加えることが可能であるが、これらの金属元素の反応活性は、Ｉｎ又はＣｄに比べて遥かに小さく、且つ従来の合金化量子ドット方法では、仕込み量を変えることで成分分布を調節することしかできないため、Ｇａ又はＺｎの仕込み量がＩｎ又はＣｄよりも遥かに多くなる場合に限って、合金化量子ドット内でＧａ又はＺｎの成分分布を有効に形成することができ、各元素成分の分布の調整可能範囲が大きく制限されるとともに、形成された量子ドット自身も、最適な性能に達することができない。本最適な実施形態において、まず、十分な条件最適化を通じて、小さなイオン半径（即ち、低活性）のＭ^１を高品質のＭ^１Ｘ^１二元化合物第一量子ドットコアとして形成し、次に、大きなイオン半径（即ち、高活性）のＭ^２を加えてカチオンを交換させ、この際、高活性のＭ^２の成分分布は、相対仕込み量を変えることで調節できるだけでなく、例えばＭ^２を加えるタイミング、反応温度、カチオン交換反応時間等の複数の反応条件を制御することで調節できるため、成分分布の調整制御及び最終的な量子ドット最適化のための十分な余地が与えられ、ＩｎＰ及びＣｄＳｅ合金系に基づく短波長の量子ドット作製も実現され、発光波長のカバレッジが拡張された。このとき、狭いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第二量子ドットコアは、元の第一量子ドットコアに比べて、発光ピーク波長がレッドシフトする。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎである。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａである。

ＣｄＳ、ＣｄＳｅ及びＩｎＰは、金属元素及び非金属元素の反応活性が大きく、対応するボーア半径も大きいため、コア形成反応時の反応速率が非常に速く、形成されたＣｄＳｅ及びＩｎＰコアの反応速度論の制御が容易ではなく、不均一なサイズ分布を引き起こしやすいことで、量子ドットは、広い発光ピーク幅を持つようになるが、従来の合金化方法では、小さなイオン半径（低活性）の金属元素が同時に加えられており、反応活性が弱いため、反応速度論をほぼ改善できず、結果として、上述した発光ピーク幅の問題が解決できない。本最適な実施形態において、形成済みの狭いバンドギャップのＭ^１Ｘ^１二元化合物の第一量子ドットコアに、小さなイオン半径（低反応活性）のＭ^２を加えてカチオン交換反応を行うようにしており、制御可能なカチオン交換反応は、量子ドットのサイズ及び成分の均一性を有効に改善できるため、量子ドットの発光ピーク幅を効果的に狭める一方で、広いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第一量子ドットコアの有効ボーア半径が減少し、即ち、同じサイズでの量子サイズ効果が弱まることで、量子ドットの発光ピーク幅のさらなる減少にも役立つ。広いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第二量子ドットコアは、元の第一量子ドットコアに比べて、発光ピーク波長がブルーシフトする。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｚｎの前駆体は、ジメチル亜鉛（ｄｉｍｅｔｈｙｌＺｉｎｃ）、ジエチル亜鉛（ｄｉｅｔｈｙｌＺｉｎｃ）、酢酸亜鉛（Ｚｉｎｃａｃｅｔａｔｅ）、亜鉛アセチルアセトナート（Ｚｉｎｃａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヨウ化亜鉛（Ｚｉｎｃｉｏｄｉｄｅ）、臭化亜鉛（Ｚｉｎｃｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化亜鉛（Ｚｉｎｃｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化亜鉛（Ｚｉｎｃｆｌｕｏｒｉｄｅ）、炭酸亜鉛（Ｚｉｎｃｃａｒｂｏｎａｔｅ）、シアン化亜鉛（Ｚｉｎｃｃｙａｎｉｄｅ）、硝酸亜鉛（Ｚｉｎｃｎｉｔｒａｔｅ）、酸化亜鉛（Ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）、過酸化亜鉛（Ｚｉｎｃｐｅｒｏｘｉｄｅ）、過塩素酸亜鉛（Ｚｉｎｃｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）、硫酸亜鉛（Ｚｉｎｃｓｕｌｆａｔｅ）、オレイン酸亜鉛（Ｚｉｎｃｏｌｅａｔｅ）、ステアリン酸亜鉛（Ｚｉｎｃｓｔｅａｒａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｃｄの前駆体は、ジメチルカドミウム（ｄｉｍｅｔｈｙｌｃａｄｍｉｕｍ）、ジエチルカドミウム（ｄｉｅｔｈｙｌｃａｄｍｉｕｍ）、酢酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍａｃｅｔａｔｅ）、カドミウムアセチルアセトナート（ｃａｄｍｉｕｍａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヨウ化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、臭化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｆｌｕｏｒｉｄｅ）、炭酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ）、硝酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ）、酸化カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｏｘｉｄｅ）、過塩素酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）、リン酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、硫酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｓｕｌｆａｔｅ）、オレイン酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｏｌｅａｔｅ）、ステアリン酸カドミウム（ｃａｄｍｉｕｍｓｔｅａｒａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｈｇの前駆体は、ジメチル水銀（ｄｉｍｅｔｈｙｌｍｅｒｃｕｒｙ）、ジエチル水銀（ｄｉｅｔｈｙｌｍｅｒｃｕｒｙ）、酢酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙａｃｅｔａｔｅ）、水銀アセチルアセトナート（ｍｅｒｃｕｒｙａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヨウ化水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｉｏｄｉｄｅ）、臭化水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｆｌｕｏｒｉｄｅ）、炭酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、硝酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｎｉｔｒａｔｅ）、酸化水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｏｘｉｄｅ）、過塩素酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｐｅｒｃｈｌｏｒａｔｅ）、リン酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、硫酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｓｕｌｆａｔｅ）、オレイン酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｏｌｅａｔｅ）、ステアリン酸水銀（ｍｅｒｃｕｒｙｓｔｅａｒａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ａｌの前駆体は、リン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、酢酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍａｃｅｔａｔｅ）、アルミニウムアセチルアセトナート（ａｌｕｍｉｎｕｍａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヨウ化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｉｏｄｉｄｅ）、臭化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｆｌｕｏｒｉｄｅ）、炭酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ）、シアン化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｃｙａｎｉｄｅ）、硝酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｎｉｔｒａｔｅ）、酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｏｘｉｄｅ）、過酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｐｅｒｏｘｉｄｅ）、硫酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｓｕｌｆａｔｅ）、オレイン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｏｌｅａｔｅ）、ステアリン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｓｔｅａｒａｔｅ）、ミリスチン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｍｙｒｉｓｔａｔｅ）、パルミチン酸アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍｐａｌｍｉｔａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｉｎの前駆体は、リン酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、酢酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍａｃｅｔａｔｅ）、インジウムアセチルアセトナート（ｉｎｄｉｕｍａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヨウ化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、臭化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｆｌｕｏｒｉｄｅ）、炭酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ）、シアン化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｃｙａｎｉｄｅ）、硝酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ）、酸化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｏｘｉｄｅ）、過酸化インジウム（ｉｎｄｉｕｍｐｅｒｏｘｉｄｅ）、硫酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｓｕｌｆａｔｅ）、オレイン酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｏｌｅａｔｅ）、ステアリン酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｓｔｅａｒａｔｅ）、ミリスチン酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｍｙｒｉｓｔａｔｅ）、パルミチン酸インジウム（ｉｎｄｉｕｍｐａｌｍｉｔａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｇａの前駆体は、リン酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｐｈｏｓｐｈａｔｅ）、酢酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍａｃｅｔａｔｅ）、ガリウムアセチルアセトネート（ｇａｌｌｉｕｍａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、ヨウ化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｉｏｄｉｄｅ）、臭化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ）、フッ化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｆｌｕｏｒｉｄｅ）、炭酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ）、シアン化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｃｙａｎｉｄｅ）、硝酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ）、酸化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｏｘｉｄｅ）、過酸化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｐｅｒｏｘｉｄｅ）、硫酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｓｕｌｆａｔｅ）、オレイン酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｏｌｅａｔｅ）、ステアリン酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｓｔｅａｒａｔｅ）、ミリスチン酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｍｙｒｉｓｔａｔｅ）、パルミチン酸ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍｐａｌｍｉｔａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

図２を参照して、図２は、本発明の他の一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。この作製方法は、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１であるＳ２１と、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップＳ２２と、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第二量子ドットコアの組成はＭ^１Ｍ^２Ｘ^１であるステップＳ２３と、を含む。

一部の実施形態において、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される。

前記Ｓｅの前駆体は、Ｓｅ元素と一部の有機物とにより形成された化合物であり、一部の具体的な実施形態において、前記Ｓｅの前駆体は、Ｓｅ−ＴＯＰ、Ｓｅ−ＴＢＰ、Ｓｅ−ＴＰＰ、Ｓｅ−ＯＤＥ、Ｓｅ−ＯＡ（ｓｅｌｅｎｉｕｍ−ｏｌｅｉｃａｃｉｄ）、Ｓｅ−ＯＤＡ（ｓｅｌｅｎｉｕｍ−ｏｃｔａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ）、Ｓｅ−ＴＯＡ（ｓｅｌｅｎｉｕｍ−ｔｒｉｏｃｔｙｌａｍｉｎｅ）、Ｓｅ−ＯＤＰＡ（ｓｅｌｅｎｉｕｍ−ｏｃｔａｄｅｃｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃａｃｉｄ）、Ｓｅ−ＯＬＡ（ｓｅｌｅｎｉｕｍ−ｏｌｅｙｌａｍｉｎｅ）、Ｓｅ−ＯＣＡ（ｓｅｌｅｎｉｕｍ−ｏｃｔｙｌａｍｉｎｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

前記Ｓの前駆体は、Ｓ元素と一部の有機物とにより形成された化合物であり、一部の具体的な実施形態において、前記Ｓの前駆体は、Ｓ−ＴＯＰ、Ｓ−ＴＢＰ、Ｓ−ＴＰＰ、Ｓ−ＯＤＥ、Ｓ−ＯＡ、Ｓ−ＯＤＡ、Ｓ−ＴＯＡ、Ｓ−ＯＤＰＡ、Ｓ−ＯＬＡ、Ｓ−ＯＣＡ、アルキルチオール（例えばヘキサンチオール（ｈｅｘａｎｅｔｈｉｏｌ）、オクタンチオール（ｏｃｔａｎｅｔｈｉｏｌ）、デカンチオール（ｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌ）、ドデカンチオール（ｄｏｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌ）及びヘキサデカンチオール（ｈｅｘａｄｅｃａｎｅｔｈｉｏｌ））、メルカプトプロピルシラン（ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌｓｉｌａｎｅ））等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

前記Ｔｅの前駆体は、Ｔｅ元素と一部の有機物とにより形成された化合物であり、一部の具体的な実施形態において、前記Ｔｅの前駆体は、Ｔｅ−ＴＯＰ、Ｔｅ−ＴＢＰ、Ｔｅ−ＴＰＰ、Ｔｅ−ＯＤＥ、Ｔｅ−ＯＡ、Ｔｅ−ＯＤＡ、Ｔｅ−ＴＯＡ、Ｔｅ−ＯＤＰＡ、Ｔｅ−ＯＬＡ、Ｔｅ−ＯＣＡ等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｎの前駆体は、一酸化窒素（ｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅ）、硝酸（ｎｉｔｒｉｃａｃｉｄ）、硝酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍｎｉｔｒａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ｐの前駆体は、トリス（トリメチルシリル）ホスフィン（ｔｒｉｓ（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌ）ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）又はアルキルホスフィン類化合物（ａｌｋｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅｓ）（例えばトリエチルホスフィン（ｔｒｉｅｔｈｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）、トリブチルホスフィン（ｔｒｉｂｕｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）、トリオクチルホスフィン（ｔｒｉｏｃｔｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）、トリフェニルホスフィン（ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）及びトリシクロヘキシルホスフィン（ｔｒｉｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ））を含むが、これに限定されない。

一部の具体的な実施形態において、前記Ａｓの前駆体は、ヨウ化ヒ素（ａｌｕｍｉｎｕｍｉｏｄｉｄｅ）、臭化ヒ素（ａｌｕｍｉｎｕｍｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化ヒ素（ａｒｓｅｎｉｃｃｈｌｏｒｉｄｅ）、酸化ヒ素（ａｌｕｍｉｎｕｍｏｘｉｄｅ）、硫酸ヒ素（ａｌｕｍｉｎｕｍｓｕｌｆａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

一部の実施形態において、前記第二量子ドットコアの表面に第一半導体シェル層を形成するステップを更に含む。

一部の具体的な実施形態において、前記第一半導体シェル層の材料は、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料又はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から選択される。一部の具体的な実施形態において、前記第一半導体シェル層の材料は、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料から選択され、前記第一半導体シェル層のＩＩ−ＶＩ族半導体材料は、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＳ、ＨｇＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ及びＨｇＳＴｅ等のうちの１つから選択されるが、これに限定されない。一部の具体的な実施形態において、前記第一半導体シェル層の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から選択され、前記第一半導体シェル層のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓＰ等のうちの１つから選択されるが、これに限定されない。

一部の実施形態において、前記量子ドットの発光ピーク波長範囲は、３８０〜７００ナノメートルである。

一部の実施形態において、前記量子ドットの発光ピークの半値幅範囲は、１２〜８０ナノメートルである。

一部の実施形態において、前記量子ドットの量子収率範囲は、２０〜１００％である。

従来の合金化量子ドットの作製は、一般に、合金化に必要な金属元素及び非金属元素の前駆体を同時に加えて、異なる金属元素又は非金属元素の間の反応活性が違うことを利用することで、一定の成分分布勾配をもつ合金化量子ドットを自発的に形成する方法になっており、反応活性の高い方の金属元素又は非金属元素は、先に反応を参加することになるため、中心に近い方の位置により多く分布し、径方向に沿って、その成分分布、即ち含有量が外に向かって徐々に減少し、同様に、反応活性の低い方の金属元素又は非金属元素は、後で反応を参加することになるため、中心から遠い方の位置により多く分布し、径方向にそって、その成分分布、即ち含有量が外に向かって徐々に増加する。このような方法では、金属元素又は非金属元素の成分分布の変化が、一般に、予め各成分の前駆体の仕込み比率を調節しておくことで実現されることが多く、実際の反応過程の各反応条件パラメータを、成分分布に対する調節の実現に用いることが困難であり、即ち、このような方法における合金化及び該当の成分分布は、反応中に制御できない。そのため、目標とする成分分布を達成しようとする場合、複数組の異なる比率の前駆体の仕込みを試行し続け、最終的な反応結果の成分分布をフィードバックとした上で、前駆体の仕込みを再調整し、繰り返して試行して、最終的に目標とする成分分布を達成したかどうかを確認する必要がある。従って、合金化量子ドット内の成分分布の精確な制御が大きく制限されている。説明すべきなのは、例えば量子ドットが球形又は類似球形構造であるとした場合、量子ドットのコアも球形又は類似球形構造となり、量子ドットの半径を沿う方向とは、量子ドットの物理構造の中心から量子ドットの表面へ延びる方向を指す。

本発明の実施形態による合金化量子ドットの実現方法は、まず二元化合物量子ドットコアを形成し、次に、前記二元化合物量子ドットコアを含む反応系に、合金化する金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、この金属元素Ｍ^２は、既存二元化合物量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とカチオンを交換することになり、表面に近いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が高くなるため、表面に近い方のＭ^２の成分分布が高くなる一方で、表面から遠いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が低くなるため、表面から遠い方（即ち、中心に近い方）のＭ^２の成分分布、即ち含有量が低くなり、こうして、Ｍ^２の含有量が径方向に沿って内から外へ徐々に増加し、Ｍ^１の含有量が径方向に沿って内から外へ徐々に減少する合金コアを有する量子ドットが形成される。このような方法では、合金コアの成分分布が、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されること可能であるため、合金コアに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。例えばカチオン交換反応の温度を調節することで、半径方向に沿ってＭ^２が中心へ入る度合及び確率を変えることができ、温度が高いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が高くなり、且つ量子ドットコアへの浸入度合も深くなり、また、Ｍ^２の前駆体を加えるタイミングを変えてもよく、加える時点が早いほど、既存化合物量子ドットコアの形成時間が短くなり、サイズも小さくなるため、Ｍ^２の成分分布が量子ドットコアの中心に近くなる。逆に、加える時点が遅いほど、既存化合物量子ドットコアの形成時間が長くなり、サイズも大きくなるため、Ｍ^２の成分分布が量子ドットコアの中心から遠くなる。Ｍ^２の前駆体を加えた後のカチオン交換反応の時間を変えてもよく、一定の時間範囲内では、反応時間が長いほど、Ｍ^２がカチオン交換反応を発生して量子ドットコアに入る確率が高くなり、且つ量子ドットコアへの浸入度合も深くなる。

一部の実施形態において、第二量子ドットコアが得られて、前記第二量子ドットコアの表面に第一半導体シェル層を形成する前には、前記第二量子ドットコアの成長中に、金属元素Ｍ^３の前駆体及び非金属元素Ｘ^３の前駆体を加えるステップと、第二量子ドットコアの成長を中断し、前記第二量子ドットコアの表面に第三半導体シェル層Ｍ^３Ｘ^３の成長を行うステップと、を更に含み、一部の具体的な実施形態において、金属元素Ｍ^３は、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２と同じか又は異なり、非金属元素Ｘ^３は、非金属元素Ｘ^１と同じか又は異なる。

前記第三半導体シェル層の成長中に、金属元素Ｍ^４の前駆体を加え、前記金属元素Ｍ^３と前記金属元素Ｍ^４とは異なり、第三半導体シェル層Ｍ^３Ｘ^３の成長を中断し、金属元素Ｍ^４と、第三半導体シェル層内の金属元素Ｍ^３とにカチオン交換反応を行わせ、第二半導体シェル層Ｍ^３Ｍ^４Ｘ^３を作製する。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^３と前記金属元素Ｍ^４とは異なり、一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^３と前記金属元素Ｍ^４とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択される。Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａの前駆体の選択の詳細については、前文に詳しく記載されているため、ここで繰り返して説明しない。一部の実施形態において、前記非金属元素Ｘ^３は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される。元素の前駆体の選択の詳細については、前文に詳しく記載されているため、ここで繰り返して説明しない。

本発明の実施形態は、量子ドット合金コアを有効に実現及び制御した上で、類似な方法で前記量子ドット合金コアの表面に被覆された量子ドット合金シェル層を更に形成する一方で、量子ドット合金シェル層の各成分の分布も有効に制御でき、量子ドット合金シェル層の成分分布の制御及び最適化により、量子ドット内の電荷の効果的な束縛を実現し、量子ドットのコアとシェルとの間の格子不整合を軽減し、量子フリッカーの発生確率を低減することができるため、量子ドット自身の発光性能が向上される。量子ドットエレクトロルミネセンスデバイスの応用にとっては、量子ドット合金シェル層の最適化により、電荷の注入及び束縛を有効に改善できるため、デバイスの効率が向上される。

一部の具体的な実施形態において、前記金属元素Ｍ^４は、金属元素Ｍ^３よりも大きなイオン半径を有し、前記量子ドットの発光ピーク波長がレッドシフトする。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^３はＧａであり、前記金属元素Ｍ^４はＩｎであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二半導体シェル層の組成はＧａＩｎＰである。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^３はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^４はＣｄであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二半導体シェル層の組成は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅである。

一般的に、例えばＩｎＰ、ＣｄＳ及びＣｄＳｅは、バンドギャップが狭くてボーア半径が大きいため、短い発光波長（例えば青色）を持つ量子ドットの作製が困難であり、従来の合金化量子ドットの方法によれば、作製の際、例えばＧａやＺｎのような対応するバンドギャップの広い金属元素を同時に加えることが可能であるが、これらの金属元素の反応活性は、Ｉｎ又はＣｄに比べて遥かに小さく、且つ従来の合金化量子ドット方法では、仕込み量を変えることで成分分布を調節することしかできないため、Ｇａ又はＺｎの仕込み量がＩｎ又はＣｄよりも遥かに多くなる場合に限って、合金化量子ドット内でＧａ又はＺｎの成分分布を有効に形成することができ、各元素成分分布の調整可能範囲が大きく制限されるとともに、形成された量子ドット自身も、最適な性能に達することができない。本最適な実施形態において、まず、十分な条件最適化を通じて小さなイオン半径（即ち、低活性）のＭ^３を高品質のＭ^３Ｘ^３二元化合物シェル層として形成し、次に、大きなイオン半径（即ち、高活性）のＭ^４を加えてカチオンを交換させ、この際、高活性のＭ^２の成分分布は、相対的な仕込み量を変えることで調節できるだけでなく、例えばＭ^４を加えるタイミング、反応温度、カチオン交換反応時間等の複数の反応条件を制御することで調節できるため、成分分布の調整制御及び最終的な量子ドット最適化のための十分な余地が与えられ、ＩｎＰ及びＣｄＳｅ合金系に基づく短波長の量子ドットの作製が実現され、発光波長のカバレッジが拡張された。このとき、狭いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^４が合金化されて半導体シェル層に入るため、発光ピーク波長がレッドシフトする。

一部の実施形態において、本発明における前記金属元素Ｍ^４は、金属元素Ｍ^３よりも小さなイオン半径を有し、前記量子ドットの発光ピーク波長がブルーシフトする。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^３はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^４はＺｎであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二半導体シェル層の組成は、ＣｄＺｎＳ又はＣｄＺｎＳｅである。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^３はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^４はＧａであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二半導体シェル層の組成はＩｎＧａＰである。

ＣｄＳ、ＣｄＳｅ及びＩｎＰは、金属元素及び非金属元素の反応活性が大きく、対応するボーア半径も大きいため、コア形成反応時の反応速率が非常に速く、反応速度論の制御が容易ではなく、不均一なサイズ分布を引き起こしやすいことで、量子ドットは、広い発光ピーク幅を持つようになるが、従来の合金化方法では、小さなイオン半径（低活性）の金属元素が同時に加えられており、反応活性が弱いため、反応速度論をほぼ改善できず、結果として、上述した発光ピーク幅の問題が解決できない。本最適な実施形態において、形成済みの狭いバンドギャップのＭ^３Ｘ^３二元化合物半導体シェルに、小さなイオン半径（低反応活性）のＭ^４を加えてカチオン交換反応を行うようにしており、制御可能なカチオン交換反応は、量子ドットのサイズ及び成分の均一性を有効に改善できるため、量子ドットの発光ピーク幅を効果的に狭める一方で、広いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^４が合金化されてＭ^３Ｘ^３二元化合物半導体シェルに入るため、量子ドットの有効ボーア半径が減少し、即ち、同じサイズでの量子サイズ効果が弱まることで、量子ドットの発光ピーク幅のさらなる減少にも役立つ。広いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^３が合金化されてＭ^３Ｘ^３二元化合物半導体シェルに入るため、量子ドットの発光ピーク波長がブルーシフトする。

一部の実施形態において、本発明の実施形態による量子ドットの作製方法は、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１であるステップと、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップと、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１内の金属元素Ｍ^１にカチオンを交換させ、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１の成長を行って、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１を得るステップと、を含み、
前記金属元素Ｍ^２は、金属元素Ｍ^１よりも大きなイオン半径を有する。

本発明の実施形態において、前記金属元素Ｍ^２は、金属元素Ｍ^１よりも大きなイオン半径を有し、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１に比べて、発光ピーク波長がレッドシフトする。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１はＧａＩｎＰである。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅである。

一般的に、例えばＩｎＰ、ＣｄＳ及びＣｄＳｅは、バンドギャップが狭くてボーア半径が大きいため、短い発光波長（例えば青色）を持つ量子ドットの作製が困難であり、従来の合金化量子ドットの方法によれば、作製の際、例えばＧａやＺｎのような対応するバンドギャップの広い金属元素を同時に加えることが可能であるが、これらの金属元素の反応活性は、Ｉｎ又はＣｄに比べて遥かに小さく、且つ従来の合金化量子ドット方法では、仕込み量を変えることで成分分布を調節することしかできないため、Ｇａ又はＺｎの仕込み量がＩｎ又はＣｄよりも遥かに多くなる場合に限って、合金化量子ドット内でＧａ又はＺｎの成分分布を有効に形成することができ、各元素成分分布の調整可能範囲が大きく制限されるとともに、形成された量子ドット自身も、最適な性能に達することができない。本最適な実施形態において、まず、十分な条件最適化を通じて、小さなイオン半径（即ち、低活性）のＭ^１を高品質のＭ^１Ｘ^１二元化合物第一量子ドットコアとして形成し、次に、大きなイオン半径（即ち、高活性）のＭ^２を加えてカチオンを交換させ、この際、高活性のＭ^２の成分分布は、相対仕込み量を変えることで調節できるだけでなく、例えばＭ^２を加えるタイミング、反応温度、カチオン交換反応時間等の複数の反応条件を制御することで調節できるため、成分分布の調整制御及び最終的な量子ドット最適化のための十分な余地が与えられ、ＩｎＰ及びＣｄＳｅ合金系に基づく短波長の量子ドット作製も実現され、発光波長のカバレッジが拡張された。このとき、狭いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、元の第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１に比べて、発光ピーク波長がレッドシフトする。

一部の実施形態において、本発明の実施形態による量子ドットの作製方法は、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１であるステップと、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１Ｘ^１内の金属元素Ｍ^１とに金属元素を交換させ、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１の成長を行って、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１を得るステップと、を含み、
前記金属元素Ｍ^２は、金属元素Ｍ^１よりも小さなイオン半径を有する。

本発明の実施形態前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１相比前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１、発光ピーク波長がブルーシフトする。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、ＣｄＺｎＳ又はＣｄＺｎＳｅである。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａであり、一部の具体的な実施形態において、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１はＩｎＧａＰである。

ＣｄＳ、ＣｄＳｅ及びＩｎＰは、金属元素及び非金属元素の反応活性が大きく、対応するボーア半径も大きいため、コア形成反応時の反応速率が非常に速く、形成されたＣｄＳｅ及びＩｎＰコアの反応速度論の制御が容易ではなく、不均一なサイズ分布を引き起こしやすいことで、量子ドットは、広い発光ピーク幅を持つようになるが、従来の合金化方法では、小さなイオン半径（低活性）の金属元素が同時に加えられており、反応活性が弱いため、反応速度論をほぼ改善できず、結果として、上述した発光ピーク幅の問題が解決できない。本最適な実施形態において、形成済みの狭いバンドギャップのＭ^１Ｘ^１二元化合物の第一量子ドットコアに、小さなイオン半径（低反応活性）のＭ^２を加えてカチオン交換反応を行うようにしており、制御可能なカチオン交換反応は、量子ドットのサイズ及び成分の均一性を有効に改善できるため、量子ドットの発光ピーク幅を効果的に狭める一方で、広いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第一量子ドットコアの有効ボーア半径が減少し、即ち、同じサイズでの量子サイズ効果が弱まることで、量子ドットの発光ピーク幅のさらなる減少にも役立つ。広いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、元の第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１に比べて、発光ピーク波長がブルーシフトする。

図３を参照して、図３は、本発明の更に一部の実施形態による量子ドットの作製方法のフローチャートである。この作製方法は、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素前駆体及び非金属元素前駆体であり、前記金属元素前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び金属元素Ｍ^２の前駆体であり、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、金属元素Ｍ^１及び金属元素Ｍ^２であるステップＳ３１と、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップＳ３２と、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行って、第二量子ドットコアを得るステップＳ３３と、を含む。

一部の具体的な実施形態において、前記非金属元素前駆体が非金属元素Ｘ^１の前駆体である場合、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、前記第一量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１であり、第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアＭ^１ _ｂＭ^２ _１−ｂＸ^１の成長を行い、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ｂ＜ａである。最終的に、第二量子ドットコアＭ^１ _ｂＭ^２ _１−ｂＸ^１が得られる。

一部の具体的な実施形態において、前記非金属元素前駆体が非金属元素Ｘ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^２の前駆体である場合、前記第一量子ドットコアＭ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１Ｘ^２を形成し、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、第一量子ドットコアの成長を中断し、前記第一量子ドットコアＭ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１Ｘ^２を形成し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１Ｘ^２内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアＭ^１ _ｂＭ^２ _１−ｂＸ^１Ｘ^２の成長を行い、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ｂ＜ａである。最終的に、第二量子ドットコアＭ^１ _ｂＭ^２ _１−ｂＸ^１Ｘ^２が得られる。

一般的に、例えばＩｎＰ、ＣｄＳ及びＣｄＳｅは、バンドギャップが狭くてボーア半径が大きいため、短い発光波長（例えば青色）を持つ量子ドットの作製が困難であり、従来の合金化量子ドットの方法によれば、作製の際、例えばＧａやＺｎのような対応するバンドギャップの広い金属元素を同時に加えることが可能であるが、これらの金属元素の反応活性は、Ｉｎ又はＣｄに比べて遥かに小さく、且つ従来の合金化量子ドット方法では、仕込み量を変えることで成分分布を調節することしかできないため、Ｇａ又はＺｎの仕込み量がＩｎ又はＣｄよりも遥かに多くなる場合に限って、合金化量子ドット内でＧａ又はＺｎの成分分布を有効に形成することができ、各元素成分分布の調整可能範囲が大きく制限されるとともに、形成された量子ドット自身も、最適な性能に達することができない。本最適な実施形態において、まず、十分な条件最適化を通じて、小さなイオン半径（即ち、低活性）のＭ^１を高品質のＭ^１Ｘ^１二元化合物第一量子ドットコアとして形成し、次に、大きなイオン半径（即ち、高活性）のＭ^２を加えてカチオンを交換させ、この際、高活性のＭ^２の成分分布は、相対仕込み量を変えることで調節できるだけでなく、例えばＭ^２を加えるタイミング、反応温度、カチオン交換反応時間等の複数の反応条件を制御することで調節できるため、成分分布の調整制御及び最終的な量子ドット最適化のための十分な余地が与えられ、ＩｎＰ及びＣｄＳｅ合金系に基づく短波長の量子ドット作製も実現され、発光波長のカバレッジが拡張された。このとき、狭いバンドギャップに対応する金属元素Ｍ^２が合金化されて元の第一量子ドットコアに入るため、第二量子ドットコアは、元の第一量子ドットコアに比べて、発光ピーク波長がレッドシフトする。

一部の実施形態において、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記非金属元素Ｘ^１と前記非金属元素Ｘ^２とは異なり、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素Ｘ^１、非金属元素Ｘ^２の選択については、前文に詳しく記載されているため、ここで繰り返して説明しない。

一部の実施形態において、従来の合金化方法で形成済みの合金量子ドット（即ち、Ｍ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１量子ドットコア、又は、Ｍ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１Ｘ^２量子ドットコア）に対して、本発明による方法を通じてさらなる成分分布の調整及び最適化を行うことで、従来の合金化方法によって作製された既存量子ドットは、その成分分布が要求を満たすことができないという問題を有効に解決した。また、成分分布の調節については、本発明の方法が採用されているため、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されることが可能であるので、合金化量子ドットに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。

図４を参照して、図４は、本発明のさらなる一部の実施形態中による量子ドットの作製方法のフローチャートである。この作製方法は、
第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素前駆体及び非金属元素前駆体であり、前記金属元素前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、金属元素Ｍ^１であるステップＳ４１と、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップＳ４２と、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第二量子ドットコア内の金属元素は、金属元素Ｍ^１及び金属元素Ｍ^２であるステップＳ４３と、
前記第二量子ドットコアの成長中に、前記第二量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を再び加え、前記金属元素Ｍ^２と、前記第二量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第三量子ドットコアの成長を行って、第三量子ドットコアを得るステップＳ４４と、を含む。

一部の具体的な実施形態において、前記非金属元素前駆体が非金属元素Ｘ^１の前駆体である場合、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１であり、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１内の金属元素Ｍ^１にカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１であり、０．４＜ｃ＜０．９であり、
前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を再び加え、前記金属元素Ｍ^２と、前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第三量子ドットコアの成長を行い、前記第三量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１であり、０＜ｄ＜０．９、ｄ＜ｃである。最終的に、第三量子ドットコアＭ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１が得られる。

一部の具体的な実施形態において、前記非金属元素前駆体が非金属元素Ｘ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^２の前駆体である場合、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１Ｘ^２であり、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１Ｘ^２内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１Ｘ^２であり、０．４＜ｃ＜０．９であり、
前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１Ｘ^２成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を再び加え、前記金属元素Ｍ^２と、前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１Ｘ^２内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第三量子ドットコアの成長を行い、前記第三量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１Ｘ^２であり、０＜ｄ＜０．９、ｄ＜ｃである。

本実施形態において、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記非金属元素Ｘ^１と前記非金属元素Ｘ^２とは異なり、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素Ｘ^１、非金属元素Ｘ^２の選択については、前文に詳しく記載されているため、ここで繰り返して説明しない。

本発明の実施形態による方法では、成分分布の調節の余地を多く提供しており、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節できるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節できるが、カチオン交換反応自身の進行の度合即ち、成分分布の調節の余地は、依然として、様々な条件による制限を受けており、任意に調節できる訳ではない。カチオン交換反応の度合は、反応を促進させる駆動力の大きさに関係しており、この駆動力は、主に、量子ドット内と反応系内とで、あるイオンの濃度の差によって決まる。従って、最初に加えて交換させようとした金属元素が一定の期間反応して、その濃度が一定の度合に低下したら、反応温度、反応時間等のパラメータを如何に変えても、カチオン交換反応がこれ以上進行することが困難となり（０．４＜ｃ＜０．９の際）、これによって、成分分布のさらなる調節もできなくなる。そこで、本最適な実施形態において、交換させようとする金属元素を２回に分けて加えることで、量子ドット内と反応系内との濃度の差、即ち、反応駆動力を再形成しているため、カチオン交換反応が継続して、組成がＭ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１Ｘ^２及びＭ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１となる第三量子ドットコアが形成され、量子ドットの合金成分の分布のさらなる調整も実現できる。

本発明の一部の実施形態は、量子ドットを更に提供しており、図５に示すように、この量子ドットは、量子ドットコア１、及び、前記量子ドットコア１を被覆する第一半導体シェル層２を含み、
前記量子ドットコア１は、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素（非金属元素の含有量は、未図示）からなり、
前記量子ドットコア１において、前記量子ドットの半径方向に沿って、前記金属元素Ｍ^２の含有量は、内から外へ徐々に増加し（図中の黒色部分は、Ｍ^２の含有量を表す）、前記金属元素Ｍ^１の含有量は、内から外へ徐々に減少する（図中の白色部分は、Ｍ^１の含有量を表す）。

一部の実施形態において、前記量子ドットコアは、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素Ｘ^１からなる。一部の具体的な実施形態において、前記金属元素Ｍ^１と金属元素Ｍ^２とは異なり、前記金属元素Ｍ^１と金属元素Ｍ^２とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択され、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される。

一部の実施形態において、前記第一半導体シェル層の材料は、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料又はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から選択される。

一部の実施形態において、前記量子ドットの発光ピーク波長範囲は、３８０〜７００ナノメートル、前記量子ドットの発光ピークの半値幅範囲は、１２〜８０ナノメートルである。

一部の実施形態において、図６に示すように、前記量子ドットコア１と第一半導体シェル層２との間に第二半導体シェル層３が更に形成されており、前記第二半導体シェル層３は、前記量子ドットコア１を被覆し、前記第一半導体シェル層２は、前記第二半導体シェル層３を被覆しており、
前記第二半導体シェル層３は、金属元素Ｍ^３、金属元素Ｍ^４及び非金属元素（非金属元素の含有量は、未図示）からなり、
前記第二半導体シェル層２において、前記量子ドットの半径方向に沿って、前記金属元素Ｍ^４の含有量は、内から外へ徐々に増加し（図中の黒色部分は、Ｍ^４の含有量を表す）、前記金属元素Ｍ^３の含有量は、内から外へ徐々に減少する（図中の白色部分は、Ｍ^３の含有量を表す）。

一部の具体的な実施形態において、前記第二半導体シェル層は、金属元素Ｍ^３、金属元素Ｍ^４及び非金属元素Ｘ^３からなる。前記金属元素Ｍ^３と金属元素Ｍ^４とは異なり、前記金属元素Ｍ^３と金属元素Ｍ^４とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択され、前記非金属元素Ｘ^３は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される。

一部の実施形態において、前記量子ドットの発光ピーク波長範囲は、３８０〜７００ナノメートルであり、及び／又は、前記量子ドットの発光ピークの半値幅範囲は、１２〜８０ナノメートルである。

本発明の一部の実施形態は、量子ドットの応用を更に提供しており、この応用では、前記量子ドットが機能材料として半導体デバイスの作製に用いられる。前記半導体デバイスは、エレクトロルミネセンスデバイス、フォトルミネセンスデバイス、太陽電池、ディスプレイデバイス、フォトディテクター、バイオプローブ及び非線形光学デバイス中のいずれかである。

エレクトロルミネセンスデバイスを例として、本発明の実施形態による量子ドットをエレクトロルミネセンスデバイスの発光層の作製に用いれば、得られる量子ドットエレクトロルミネセンスデバイスは、高効率な電荷注入、高い発光亮度、低い駆動電圧及び高いデバイス効率等の優れた性能を達成できる一方で、本発明の実施形態による量子ドット材料は、制御が容易で、エネルギーレベル構造が多様であるという特徴を持っているため、エレクトロルミネセンスデバイス内の他の機能層のエネルギーレベル構造を十分に満たして適合し、デバイスのエネルギーレベル構造全体のマッチングを実現することができるため、高効率で安定した半導体デバイスの実現に役立つ。

前記フォトルミネセンスデバイスは、外部の光源による照射からエネルギーを得て、励起されて発光するデバイスのことであり、紫外放射、可視光及び赤外放射のいずれも、例えば燐光や蛍光のようなフォトルミネセンスを発生させることが可能である。本発明の実施形態に係る量子ドットは、フォトルミネセンスデバイスの発光材料とされることが可能である。

前記太陽電池は、光起電デバイスとも呼ばれ、本発明の実施形態に係る量子ドットは、太陽電池の光吸収材料とされることが可能で、光起電デバイスの様々な性能を有効に向上させることができる。

前記ディスプレイデバイスは、バックライトモジュール、又は、前記バックライトモジュールを用いた表示パネルのことであり、前記表示パネルは、例えばディスプレイ、タブレット、携帯電話、ノートパソコン、フラットパネルテレビ、ウェアラブルディスプレイデバイス、又は、異なるサイズの表示パネルを含むその他の製品など、様々な製品に適用可能である。

前記フォトディテクターは、光信号を電気信号に変換可能なデバイスのことであり、その原理は、放射によって、照射された材料の導電率を変化させることであり、量子ドット材料をフォトディテクターに用いる場合は、垂直な入射光に敏感であり、高い光伝導応答、高い検知率、連続的に調整可能な検知波長、及び、低温での作製が可能といった利点がある。この構造のフォトディテクターの動作中には、量子ドット感光層が光子を吸収して生成された光生成電子−正孔対は、組み込み電界の作用の下で分離可能であり、これにより、この構造のフォトディテクターは、より低い駆動電圧を有し、低い印加バイアス電圧、ひいては、ゼロの印加バイアス電圧でも動作可能であり、制御が容易になる。

前記バイオプローブは、ある種の材料を修飾して、マーク機能を持たせるデバイスのことであり、例えば本発明の量子ドットを被覆することで蛍光プローブを形成して、細胞イメージング又は物質検出の分野に用いる場合、従来の有機蛍光色素プローブに比べて、本発明の量子ドット材料により作製されたバイオプローブを採用した方は、高い蛍光強度、高い化学的安定性、強い耐光退色能力といった特徴を持ち、用途が広い。

前記非線形光学デバイスは、光学レーザーの技術分野に属し、その用途が広く、例えば、電気光学スイッチング及びレーザー変調の応用、レーザー周波数の変換、レーザー周波数のチューニングへの応用、光学情報処理によるイメージング品質及び光ビーム品質の改善への応用、非線形エタロン及び双安定デバイスとする応用、物質の高励起状態と高分解能スペクトル、並びに、物質の内部エネルギー及び励起の移行過程と他の緩和過程の研究への応用等ができる。

以下、実施例により、本発明の実施形態を詳しく説明する。

実施例１：ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットの作製
１ｍｍｏｌの酸化カドミウム（ＣｄＯ）、３ｍＬのオレイン酸（ＯＡ）及び５ｍＬのオクタデセン（ＯＤＥ）を１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に１．８ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と３ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して５秒間反応させた後、反応系に９ｍｍｏｌの酢酸亜鉛（ＺｎＡｃ２）と、６ｍＬのＯＡと、１０ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度に昇温して１５分間反応させ、反応中には、溶液の色が薄くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にブルーシフトしたことを示し、
反応系に６ｍｍｏｌのＳと３ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３１０度に維持して３０分間を反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が４７５ｎｍ、ピーク幅が２４ｎｍであり、量子ドット溶液の量子収率が６０％である。

実施例２：Ｃｄ_ｘＺｎ_１−ｘＳ／Ｃｄ_ｙＺｎ_１−ｙＳ／ＺｎＳ量子ドット（ｘ＞ｙ）の作製
１ｍｍｏｌの酸化カドミウム（ＣｄＯ）、３ｍＬのオレイン酸（ＯＡ）及び５ｍＬのオクタデセン（ＯＤＥ）を１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に１．８ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と３ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して５秒間反応させた後、反応系に９ｍｍｏｌの酢酸亜鉛（ＺｎＡｃ２）と、６ｍＬのＯＡと、１０ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度に昇温して１５分間反応させ、反応中には、溶液の色が薄くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にブルーシフトしたことを示し、
反応系に２．０ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度で攪拌して１分間反応させた後、反応系に１ｍｍｏｌのＣｄＯと４ｍＬのＯＡとの混合溶液を１０分間連続的に注入し、
反応系に４．０ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と、２ｍＬＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度に維持して３０分間を反応させ、
反応が終了した後、合金コア及び合金シェル層を持つＣｄ_ｘＺｎ_１−ｘＳ／Ｃｄ_ｙＺｎ_１−ｙＳ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が４６２ｎｍ、ピーク幅が１９ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が７２％である。

実施例３：ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットの作製
９ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、６ｍＬのＯＡ及び１０ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから２５０度に昇温し、
反応系に１．５ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と３ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、
２５０度で攪拌して２０秒間反応させた後、反応系に１．５ｍｍｏｌのＣｄＯと、４ｍＬのＯＡと、１０ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、３００度に昇温して２０分間反応させ、反応中には、溶液の色が濃くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にレッドシフトしたことを示し、
反応系に６ｍｍｏｌのＳと３ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して３０分間反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が４５５ｎｍ、ピーク幅が２０ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が７１％である。

実施例４：ＩｎＧａＰ／ＺｎＳ量子ドットの作製
０．２４ｍｍｏｌの酢酸インジウム、０．１７ｍｍｏｌの塩化ガリウム、０．８ｍｍｏｌの酢酸亜鉛、２．８ｍＬのオレイン酸及び４ｍＬのオクタデセンを５０ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に０．１９ｍｍｏｌのＰ（ＴＭＳ）_３（ｔｒｉｓ−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）と、０．５ｍＬのオクタデセンとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で５分間反応させた後、反応系に０．０８ｍｍｏｌの塩化ガリウムと、１．５ｍＬのオレイン酸と、４ｍＬのオクタデセンとの混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して１０分間反応させ、
１．２ｍｍｏｌのドデカンチオール、２ｍｍｏｌのオレイン酸亜鉛を３０分の間に均一な速度で反応系に注入し、
反応が終了した後、合金コアを持つＩｎＧａＰ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が６１２ｎｍ、ピーク幅が６５ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が３７％である。

実施例５：ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットの作製
将１ｍｍｏｌ酸化カドミウム（ＣｄＯ）、９ｍｍｏｌ酢酸亜鉛（ＺｎＡｃ２）、９ｍＬオレイン酸（ＯＡ）及び１５ｍＬオクタデセン（ＯＤＥ）を１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に１．８ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と３ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して１５分間反応させた後、反応系に１ｍｍｏｌのＣｄＯと、４ｍＬのＯＡとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度に昇温して１０分間反応させ、反応中には、溶液の色が濃くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にレッドシフトしたことを示し、
反応系に８．０ｍｍｏｌの硫黄粉末（Ｓ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度に維持して３０分間を反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が４５５ｎｍ、ピーク幅が１８ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が７５％である。

実施例６：ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳ量子ドットの作製
１０ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、２０ｍＬのＯＡ及び１０ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから２８０度に昇温し、
反応系に３．０ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
２８０度で攪拌して１０秒間反応させた後、反応系に０．３ｍｍｏｌのＣｄＯと、２ｍＬのＯＡとの混合溶液を迅速に注入し、２８０度に維持して１０分間反応させ、反応中には、溶液の色が濃くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にレッドシフトしたことを示し、
反応系に４ｍｍｏｌのＳと３ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、２８０度に維持して３０分間反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が５１９ｎｍ、ピーク幅が２５ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が６８％である。

実施例７：ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳ量子ドットの作製
１０ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、２０ｍＬのＯＡ及び１０ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから２８０に昇温し、
反応系に３．０ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
２８０度で攪拌して１０秒間反応させた後、反応系に０．３ｍｍｏｌのＣｄＯと、２ｍＬのＯＡとの混合溶液を迅速に注入し、２８０度に維持して１０分間反応させ、反応中には、溶液の色が濃くなることが確認され、これは、量子点の発光波長が徐々にレッドシフトしたことを示し、
引き続き反応系に０．８ｍｍｏｌのＣｄＯと３ｍＬのＯＡとの混合溶液を注入し、３００度に昇温して１０分間反応させ、
反応系に４ｍｍｏｌのＳと３ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して３０分間反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が５３２ｎｍ、ピーク幅が２７ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が６５％である。

実施例８：ＣｄＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットの作製
１２ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、１５ｍＬのＯＡ及び１５ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に３．０ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して１０秒間反応させた後、反応系に０．３５ｍｍｏｌのＣｄＯと、２ｍＬのＯＡとの混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して２０分間反応させ、反応中には、溶液の色が濃くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にレッドシフトしたことを示し、
反応系に２ｍｍｏｌのＳと３ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して１分間反応させた後、反応系に０．３ｍｍｏｌのＣｄＯと、２ｍＬのＯＡとの混合溶液を迅速に注入し、３１０度に昇温して２０分間反応させ、
反応系に３ｍｍｏｌのＳと２ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３１０度に維持して３０分間を反応させ、
反応が終了した後、合金コア及び合金シェル層を持つＣｄＺｎＳｅ／ＣｄＺｎＳ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が５２２ｎｍ、ピーク幅が２８ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が６１％である。

実施例９：ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子ドットの作製
１４ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、２０ｍＬのＯＡ及び１０ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に２．７ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して３０秒間反応させた後、反応系に０．３ｍｍｏｌのＣｄＯと、２ｍＬのＯＡとの混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して２０分間反応させ、反応中には、溶液の色が濃くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にレッドシフトしたことを示し、
反応系に４ｍｍｏｌのＳｅと５ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して４０分間反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が４７１ｎｍ、ピーク幅が２１ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が５２％である。

実施例１０：ＣｄＺｎＳｅＳ／ＺｎＳ量子ドットの作製（従来の方法を採用した場合の結果との対比）
０．４ｍｍｏｌのＣｄＯ、４ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、７ｍＬのＯＡ及び１５ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に０．０１ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と、４ｍｍｏｌのＳと、４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で１０分間反応させ、
反応が終了した後、合金化されたＣｄＺｎＳｅＳ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が４８５ｎｍ、ピーク幅が３６ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が３８％である。

実施例１１：ＣｄＺｎＳｅＳ／ＺｎＳｅＳ量子ドットの作製
０．４ｍｍｏｌのＣｄＯ、６ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２、７ｍＬのＯＡ及び１５ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に０．９ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と、０．２ｍｍｏｌのＳと、４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で１０分間反応させ、
反応系に１．２ｍｍｏｌのＣｄＯと４ｍＬのＯＡとの混合溶液を注入し、３００度で１５分間反応させ、
反応系に３ｍｍｏｌのＳと、１ｍｏｌのＳｅと、２ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３１０度に維持して３０分間を反応させ、
反応が終了した後、合金化されたＣｄＺｎＳｅＳ／ＺｎＳｅＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が６２８ｎｍ、ピーク幅が３１ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が４６％である。

実施例１２：ＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅＳ量子ドットの作製
１ｍｍｏｌのＣｄＯ、１０ｍＬのＯＡ及び１０ｍＬのＯＤＥを１００ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に１．８ｍｍｏｌのセレン粉末（Ｓｅ）と４ｍＬのＴＯＰとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で攪拌して５秒間反応させた後、反応系に１０ｍｍｏｌのＺｎＡｃ２と、１０ｍＬのＯＡと１０ｍＬのＯＤＥとの混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して１０分間反応させ、反応中には、溶液の色が薄くなることが確認され、これは、量子ドットの発光波長が徐々にブルーシフトしたことを示し、
反応系３．５ｍｍｏｌのＳｅと、１．５ｍｍｏｌのＳと、５ｍＬのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）との混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して６０分間反応させ、
反応が終了した後、合金コアを持つＣｄＺｎＳｅ／ＺｎＳｅＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が６１７ｎｍ、ピーク幅が２２ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が４７％である。

実施例１３：ＩｎＧａＰ／ＺｎＳ量子ドットの作製
０．２４ｍｍｏｌの酢酸インジウム、０．５ｍｍｏｌの酢酸亜鉛、２．８ｍＬのオレイン酸及び４ｍＬのオクタデセンを５０ｍＬの三ツ口ボトルに入れ、１５０度で３０分間排気して、反応系内の水及び酸素を除去し、
反応系にアルゴンをいっぱいになるまで通気してから３００度に昇温し、
反応系に０．１９ｍｍｏｌのＰ（ＴＭＳ）_３（ｔｒｉｓ−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）と、０．５ｍＬのオクタデセンとの混合溶液を迅速に注入し、
３００度で２０秒間反応させた後、反応系に０．１７ｍｍｏｌの塩化ガリウムと、１．５ｍＬのオレイン酸と、４ｍＬのオクタデセンとの混合溶液を迅速に注入し、３００度に維持して１０分間反応させ、
１．２ｍｍｏｌのドデカンチオール、２ｍｍｏｌのオレイン酸亜鉛を３０分の間に均一な速度で反応系に注入し、
反応が終了した後、合金コアを持つＩｎＧａＰ／ＺｎＳ量子ドットが得られ、その発光ピーク波長が６０５ｎｍ、ピーク幅が６２ｎｍ、量子ドット溶液の量子収率が４０％である。

実施例１４：正置ボトムエミッション量子ドット発光ダイオードデバイス
本実施例の量子ドット発光ダイオードは、図７に示すように、下から上へ順番に、ＩＴＯ基板１１、ボトム電極１２、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層１３、ｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層１４、量子ドット発光層１５、ＺｎＯ電子輸送層１６及びＡｌトップ電極１７を含む。

上記量子ドット発光ダイオードの作製ステップは、以下の通りである。
ＩＴＯ基板１１上に、順次にボトム電極１２、３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層１３及び３０ｎｍのｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層１４を作製した後、ｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層１４上に、厚さが２０ｎｍとなる１層の量子ドット発光層１５を作製し、続いて、量子ドット発光層１５上にｍ４０ｎｍのＺｎＯ電子輸送層１６及び１００ｎｍのＡｌトップ電極１７を作製する。前記量子ドット発光層１５の材料は、実施例１で説明した量子ドットである。

実施例１５：正置ボトムエミッション量子ドット発光ダイオードデバイス
本実施例の量子ドット発光ダイオードは、図８に示すように、下から上へ順次にＩＴＯ基板２１、ボトム電極２２、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層２３、Ｐｏｌｙ（９−ｖｉｎｙｌｃａｒｂａｚｏｌｅ）（ＰＶＫ）正孔輸送層２４、量子ドット発光層２５、ＺｎＯ電子輸送層２６及びＡｌトップ電極２７を含む。

上記量子ドット発光ダイオードの作製ステップは、以下の通りである。
ＩＴＯ基板２１上に、順次にボトム電極２２、３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層２３及び３０ｎｍのＰＶＫ正孔輸送層２４を作製した後、ＰＶＫ正孔輸送層２４上に、厚さが２０ｎｍとなる１層の量子ドット発光層２５を作製し、続いて、量子ドット発光層２５上に、４０ｎｍのＺｎＯ電子輸送層２６及び１００ｎｍのＡｌトップ電極２７を作製する。前記量子ドット発光層２５の材料は、実施例２で説明した量子ドットである。

実施例１６：転置ボトムエミッション量子ドット発光ダイオードデバイス
本実施例の量子ドット発光ダイオードは、図９に示すように、下から上へ順次にＩＴＯ基板３１、ボトム電極３２、ＴＰＢｉ電子輸送層３３、量子ドット発光層３４、ｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層３５、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層３６及びＡｌトップ電極３７を含む。

上記量子ドット発光ダイオードの作製ステップは、以下の通りである。
ＩＴＯ基板３１上に、順次にボトム電極３２、厚さが３０ｎｍとなるＴＰＢｉ電子輸送層３３を作製し、ＴＰＢｉ電子輸送層３３上に、厚さが２０ｎｍとなる１層の量子ドット発光層３４を作製し、続いて、真空蒸着法により、厚さが３０ｎｍとなるｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層３５、厚さが３０ｎｍとなるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層３６、及び、厚さが１００ｎｍとなるＡｌトップ電極３７を作製する。前記量子ドット発光層３４の材料は、実施例３で説明した量子ドットである。

実施例１７：転置ボトムエミッション量子ドット発光ダイオードデバイス
本実施例の量子ドット発光ダイオードは、図１０に示すように、下から上へ順次にＩＴＯ基板４１、ボトム電極４２、ＺｎＯ電子輸送層４３、量子ドット発光層４４、ＮＰＢ正孔輸送層４５、ＭｏＯ３正孔注入層４６及びＡｌトップ電極４７を含む。

上記量子ドット発光ダイオードの作製ステップは、以下の通りである。
ＩＴＯ基板４１上に、順次にボトム電極４２、４０ｎｍのＺｎＯ電子輸送層４３を作製し、ＺｎＯ電子輸送層４３上に、厚さが２０ｎｍとなる１層の量子ドット発光層４４を作製し、続いて、真空蒸着法により、３０ｎｍのＮＰＢ正孔輸送層４５、５ｎｍのＭｏＯ３正孔注入層４６、及び、１００ｎｍのＡｌトップ電極４７を作製する。前記量子ドット発光層４４の材料は、実施例４で説明した量子ドットである。

実施例１８：正置トップエミッション量子ドット発光ダイオードデバイス
本実施例の量子ドット発光ダイオードは、図１１に示すように、下から上へ順次にガラス基板５１、Ａｌ電極５２、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層５３、ｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層５４、量子ドット発光層５５、ＺｎＯ電子輸送層５６及びＩＴＯトップ電極５７を含む。

上記量子ドット発光ダイオードの作製ステップは、以下の通りである。
ガラス基板５１上に、真空蒸着法により、１００ｎｍのＡｌ電極５２を作製してから、順次に３０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ正孔注入層５３及び３０ｎｍのｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層５４を作製し、その後、ｐｏｌｙ−ＴＰＤ正孔輸送層５４上に、厚さが２０ｎｍとなる１層の量子ドット発光層５５を作製し、続いて、量子ドット発光層５５上に、４０ｎｍのＺｎＯ電子輸送層５６を作製し、最後に、スパッタ法により、１２０ｎｍのＩＴＯを作製してトップ電極５７とする。前記量子ドット発光層５５の材料は、実施例７で説明した量子ドットである。

実施例１９：転置トップエミッション量子ドット発光ダイオードデバイス
本実施例の量子ドット発光ダイオードは、図１２に示すように、下から上へ順次にガラス基板６１、Ａｌ電極６２、ＺｎＯ電子輸送層６３、量子ドット発光層６４、ＮＰＢ正孔輸送層６５、ＭｏＯ３正孔注入層６６及びＩＴＯトップ電極６７を含む。

上記量子ドット発光ダイオードの作製ステップは、以下の通りである。
ガラス基板６１上に、真空蒸着法により、１００ｎｍのＡｌ電極６２を作製してから、順次に４０ｎｍのＺｎＯ電子輸送層６３、２０ｎｍの量子ドット発光層６４を作製し、続いて、真空蒸着法により、３０ｎｍのＮＰＢ正孔輸送層６５、５ｎｍのＭｏＯ３正孔注入層６６を作製し、最後に、スパッタ法により、１２０ｎｍのＩＴＯを作製してトップ電極６７とする。前記量子ドット発光層６４の材料は、実施例９で説明した量子ドットである。

以上を纏めて、本発明の実施形態は、合金コアを持つ量子ドットを作製するための新しい方法を提供しており、このような方法では、合金化された成分の分布は、金属元素及び非金属元素の仕込み比率を変えることで調節されるだけでなく、実際の反応過程の各反応条件パラメータによって、よりリアルタイムで、より直接的且つより精確に調節されることが可能であるため、合金化量子ドットに対し、より的確な成分及びエネルギーレベル制御を達成できる。

本発明の応用は、上記の例に限定されず、当業者にとって、上記の説明に従って改良又は変更可能であり、これらの改良及び変更の全ては、本発明の添付の特許請求の範囲の保護範囲に含まれるべきであることを理解されたい。

一部の具体的な実施形態において、前記Ａｓの前駆体は、ヨウ化ヒ素（ａｒｓｅｎｉｃｉｏｄｉｄｅ）、臭化ヒ素（ａｒｓｅｎｉｃｂｒｏｍｉｄｅ）、塩化ヒ素（ａｒｓｅｎｉｃｃｈｌｏｒｉｄｅ）、酸化ヒ素（ａｒｓｅｎｉｃｏｘｉｄｅ）、硫酸ヒ素（ａｒｓｅｎｉｃｓｕｌｆａｔｅ）等の少なくとも１つを含むが、これに限定されない。

Claims

第一量子ドットコアの成長反応系を用意し、第一量子ドットコアの成長を行うステップであって、前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素前駆体及び非金属元素前駆体を含み、前記金属元素前駆体は、少なくとも、金属元素Ｍ^１の前駆体を含み、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、少なくとも、金属元素Ｍ^１を含むステップと、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加えるステップと、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行うステップと、を含む
ことを特徴とする量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎである
ことを特徴とする請求項２に記載の量子ドットの作製方法。
前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｍ^１Ｘ^１であり、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコアの組成はＭ^１Ｍ^２Ｘ^１である
ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択され、及び／又は
前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される
ことを特徴とする請求項４に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^２は、金属元素Ｍ^１よりも大きなイオン半径を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎであり、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１はＧａＩｎＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄであり、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅである
ことを特徴とする請求項６に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^２は、金属元素Ｍ^１よりも小さなイオン半径を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎであり、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１は、ＣｄＺｎＳ又はＣｄＺｎＳｅであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａであり、前記第二量子ドットコアＭ^１Ｍ^２Ｘ^１はＩｎＧａＰである
ことを特徴とする請求項８に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び金属元素Ｍ^２の前駆体であり、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、金属元素Ｍ^１及び金属元素Ｍ^２であり、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択される
ことを特徴とする請求項１０に記載の量子ドットの作製方法。
前記非金属元素前駆体は、非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１であり、
前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｂＭ^２ _１−ｂＸ^１であり、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ｂ＜ａである
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎであり、前記非金属元素Ｘ^１はＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａであり、前記非金属元素Ｘ^１はＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄであり、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ又はＳｅであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎであり、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ又はＳｅである
ことを特徴とする請求項１２に記載の量子ドットの作製方法。
前記非金属元素前駆体は、非金属元素Ｘ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^２の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１Ｘ^２であり、
前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１ _ａＭ^２ _１−ａＸ^１Ｘ^２内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｂＭ^２ _１−ｂＸ^１Ｘ^２であり、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ｂ＜ａである
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の量子ドットの作製方法。
前記非金属元素Ｘ^１と前記非金属元素Ｘ^２とは異なり、前記非金属元素Ｘ^１と前記非金属元素Ｘ^２とは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから独立して選択される
ことを特徴とする請求項１４に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコア内の金属元素は、金属元素Ｍ^１であり、
前記第一量子ドットコアの成長中に、前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と前記第一量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコア内の金属元素は、金属元素Ｍ^１及び金属元素Ｍ^２であり、
前記第二量子ドットコアの成長中に、前記第二量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を再び加え、前記金属元素Ｍ^２と、前記第二量子ドットコア内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第三量子ドットコアの成長を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドットの作製方法。
前記第一量子ドットコアの成長反応系内の前駆体は、金属元素Ｍ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^１の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１であり、
前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１内の金属元素Ｍ^１にカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１であり、０．４＜ｃ＜０．９であり、
前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を再び加え、前記金属元素Ｍ^２と、前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第三量子ドットコアの成長を行い、前記第三量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１であり、０＜ｄ＜０．９、ｄ＜ｃである
ことを特徴とする請求項１６に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎであり、前記非金属元素Ｘ^１はＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａであり、前記非金属元素Ｘ^１はＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄであり、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ又はＳｅであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎであり、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ又はＳｅである
ことを特徴とする請求項１７に記載の量子ドットの作製方法。
前記非金属元素前駆体は、非金属元素Ｘ^１の前駆体及び非金属元素Ｘ^２の前駆体であり、前記第一量子ドットコアの組成はＭ^１Ｘ^１Ｘ^２であり、
前記第一量子ドットコアの成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を加え、
第一量子ドットコアの成長を中断し、前記金属元素Ｍ^２と、前記第一量子ドットコアＭ^１Ｘ^１Ｘ^２内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第二量子ドットコアの成長を行い、前記第二量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１Ｘ^２であり、０．４＜ｃ＜０．９であり、
前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１Ｘ^２成長反応系に金属元素Ｍ^２の前駆体を再び加え、前記金属元素Ｍ^２と、前記第二量子ドットコアＭ^１ _ｃＭ^２ _１−ｃＸ^１Ｘ^２内の金属元素Ｍ^１とにカチオンを交換させ、第三量子ドットコアの成長を行い、前記第三量子ドットコアの組成は、Ｍ^１ _ｄＭ^２ _１−ｄＸ^１Ｘ^２であり、０＜ｄ＜０．９、ｄ＜ｃである
ことを特徴とする請求項１６に記載の量子ドットの作製方法。
前記非金属元素Ｘ^１と前記非金属元素Ｘ^２とは異なり、前記非金属元素Ｘ^１と前記非金属元素Ｘ^２とは、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから独立して選択される
ことを特徴とする請求項１９に記載の量子ドットの作製方法。
前記第二量子ドットコアの表面に第一半導体シェル層を形成するステップを更に含み、前記第一半導体シェル層の材料は、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料又はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の量子ドットの作製方法。
前記第二量子ドットコアの表面に第一半導体シェル層を形成する前に、
前記第二量子ドットコアの成長中に、金属元素Ｍ^３の前駆体及び非金属元素Ｘ^３の前駆体を加えるステップと、
第二量子ドットコアの成長を中断し、前記第二量子ドットコアの表面に第三半導体シェル層Ｍ^３Ｘ^３の成長を行うステップと、
前記第三半導体シェル層の成長中に、金属元素Ｍ^４の前駆体を加えるステップと、
第三半導体シェル層Ｍ^３Ｘ^３の成長を中断し、金属元素Ｍ^４と、第三半導体シェル層内の金属元素Ｍ^３とにカチオン交換反応を行わせ、第二半導体シェル層Ｍ^３Ｍ^４Ｘ^３を作製するステップと、を更に含む
ことを特徴とする請求項２１に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^３と前記金属元素Ｍ^４とは異なり、前記金属元素Ｍ^３と前記金属元素Ｍ^４とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択され、及び／又は
前記非金属元素Ｘ^３は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される
ことを特徴とする請求項２２に記載の量子ドットの作製方法。
前記金属元素Ｍ^３はＧａであり、前記金属元素Ｍ^４はＩｎであり、前記第二半導体シェル層の組成はＧａＩｎＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^３はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^４はＣｄであり、前記第二半導体シェル層の組成は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^３はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^４はＧａであり、前記第二半導体シェル層の組成はＧａＩｎＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^３はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^４はＺｎであり、前記第二半導体シェル層の組成は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅである
ことを特徴とする請求項２３に記載の量子ドットの作製方法。
量子ドットコアと、前記量子ドットコアを被覆する第一半導体シェル層とを含み、
前記量子ドットコアは、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素からなり、
前記量子ドットコアにおいて、量子ドットの半径方向に沿って、前記金属元素Ｍ^２の含有量は、内から外へ徐々に増加し、前記金属元素Ｍ^１の含有量は、内から外へ徐々に減少する
ことを特徴とする量子ドット。
前記量子ドットコアは、金属元素Ｍ^１、金属元素Ｍ^２及び非金属元素Ｘ^１からなり、
前記金属元素Ｍ^１と前記金属元素Ｍ^２とは異なり、前記金属元素Ｍ^１と金属元素Ｍ^２とは、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａのうちの１つから独立して選択され、及び／又は、
前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｎ、Ｐ及びＡｓのうちの１つから選択される
ことを特徴とする請求項２５に記載の量子ドット。
前記金属元素Ｍ^１はＧａであり、前記金属元素Ｍ^２はＩｎであり、前記非金属元素Ｘ^１はＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＧａであり、前記非金属元素Ｘ^１はＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^２はＣｄであり、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ又はＳｅであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^１はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^２はＺｎであり、前記非金属元素Ｘ^１は、Ｓ又はＳｅである
ことを特徴とする請求項２６に記載の量子ドット。
前記第一半導体シェル層の材料は、ＩＩ−ＶＩ族半導体材料又はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から選択される
ことを特徴とする請求項２５に記載の量子ドット。
前記量子ドットコアと第一半導体シェル層との間に第二半導体シェル層が更に形成されており、前記第二半導体シェル層は、前記量子ドットコアを被覆し、前記第一半導体シェル層は、前記第二半導体シェル層を被覆しており、
前記第二半導体シェル層は、金属元素Ｍ^３、金属元素Ｍ^４及び非金属元素からなり、前記金属元素Ｍ^３と前記金属元素Ｍ^４とは異なり、
前記第二半導体シェル層において、前記量子ドットの半径方向に沿って、前記金属元素Ｍ^４の含有量は、内から外へ徐々に増加し、前記金属元素Ｍ^３の含有量は、内から外へ徐々に減少する
ことを特徴とする請求項２８に記載の量子ドット。
前記金属元素Ｍ^３はＧａであり、前記金属元素Ｍ^４はＩｎであり、前記第二半導体シェル層の組成はＧａＩｎＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^３はＺｎであり、前記金属元素Ｍ^４はＣｄであり、前記第二半導体シェル層の組成は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^３はＩｎであり、前記金属元素Ｍ^４はＧａであり、前記第二半導体シェル層の組成はＧａＩｎＰであり、或いは、
前記金属元素Ｍ^３はＣｄであり、前記金属元素Ｍ^４はＺｎであり、前記第二半導体シェル層の組成は、ＺｎＣｄＳ又はＺｎＣｄＳｅである
ことを特徴とする請求項２９に記載の量子ドット。
請求項２５〜３０の何れか一項に記載の量子ドットを機能材料として半導体デバイスの作製に用いる
ことを特徴とする量子ドットの応用。