JP5744468B2 - Semiconductor nanoparticle phosphor - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ナノ粒子蛍光体に関し、特に、積層構造シェルを備える半導体ナノ粒子蛍光体に関する。 The present invention relates to a semiconductor nanoparticle phosphor, and more particularly to a semiconductor nanoparticle phosphor having a laminated structure shell.
ナノ粒子コア(以下、「結晶粒子」とも記する)を励起子ボーア半径と同程度に小さくすると、量子サイズ効果を示すことが知られている。量子サイズ効果とは、物質の大きさがボーア半径と同程度に小さくなると、その中の電子が自由に運動できなくなり、電子のエネルギーが特定の値しか取り得なくなることである。 It is known that when the nanoparticle core (hereinafter also referred to as “crystal particle”) is made as small as the exciton Bohr radius, a quantum size effect is exhibited. The quantum size effect is that when the size of a material is reduced to the same extent as the Bohr radius, electrons in it cannot move freely, and the energy of electrons can take only a specific value.
たとえば、励起子ボーア半径と同程度の結晶粒子から発生する光の波長は、その寸法が小さくなるほど短波長になる(非特許文献1参照)。非特許文献1に開示されているII−VI族化合物半導体からなる蛍光体は、信頼性および耐久性に問題があり、しかも、カドミウムやセレンといった環境汚染物質を使用しているため、これに代わる材料が必要とされてきた。
For example, the wavelength of light generated from crystal particles having the same extent as the exciton Bohr radius becomes shorter as the size thereof becomes smaller (see Non-Patent Document 1). The phosphors made of II-VI group compound semiconductors disclosed in
このようなII−VI族化合物半導体に代わる材料として、窒化物系半導体の微結晶合成の試みがなされている(特許文献1参照)。特許文献1には、コアシェル構造の半導体ナノ粒子が開示されている。かかる半導体ナノ粒子は、それを構成する材料のバンドギャップエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーからなる被覆層で被覆することにより、その表面のエネルギー状態を安定化させて、発光効率を向上している。
As an alternative to such II-VI group compound semiconductors, attempts have been made to synthesize nitride-based semiconductor microcrystals (see Patent Document 1).
しかしながら、引用文献1の半導体ナノ粒子は、コアとシェルとの間の格子不整合に起因して、多数の結晶欠陥が発生したり、コアやシェルの表面に凹凸が発生したりして、コアとシェルとの結晶性が著しく低下し、発光効率が低下するという問題があった。
However, the semiconductor nanoparticles of the cited
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コアとシェルとの格子不整合性を緩和することにより、ナノ粒子コアの結晶性を改善し、もって発光効率を高めることである。 The present invention has been made in view of the current situation as described above, and its purpose is to improve the crystallinity of the nanoparticle core by relaxing the lattice mismatch between the core and the shell, It is to increase luminous efficiency.
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体は、In1-xGaxA(x≧0、AはNもしくはP)からなるナノ粒子コアと、該ナノ粒子コアを被覆する積層構造シェルとを備え、該積層構造シェルは、2以上のシェル層を積層した構造であり、ナノ粒子コアからn層目のシェル層の組成はIn1-xnGaxnA(xn≧0、AはNもしくはP)であり、ナノ粒子コアからn層目のシェル層のガリウムの原子比をxnとし、ナノ粒子コアから(n+1)層目のシェル層のガリウムの原子比をxn+1とすると、x<xn<xn+1を満たすことを特徴とする。 The semiconductor nanoparticle phosphor of the present invention comprises a nanoparticle core made of In 1-x Ga x A (x ≧ 0, A is N or P), and a laminated shell that covers the nanoparticle core, The laminated shell has a structure in which two or more shell layers are laminated, and the composition of the n-th shell layer from the nanoparticle core is In 1-xn Ga xn A (x n ≧ 0, A is N or P). If the atomic ratio of gallium from the nanoparticle core to the nth shell layer is x n and the atomic ratio of gallium from the nanoparticle core to the (n + 1) th shell layer is x n + 1 , x <x It is characterized by satisfying n <x n + 1 .
ナノ粒子コアは、13族窒化物半導体からなることが好ましく、InNまたはInGaNからなることがより好ましい。
The nanoparticle core is preferably made of a
上記の積層構造シェルは、その外表面に修飾有機分子が結合されてなるか、または修飾有機分子に被覆されてなることが好ましい。 The above laminated structure shell is preferably formed by bonding a modified organic molecule to the outer surface thereof or coating the modified organic molecule.
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体は、上記のような構成を有することにより、ナノ粒子コアと積層構造シェルとの格子不整合性を緩和することができ、ナノ粒子コアの結晶性を改善し、もって発光効率を高めることができる。 Since the semiconductor nanoparticle phosphor of the present invention has the above-described configuration, it can relax the lattice mismatch between the nanoparticle core and the laminated structure shell, improve the crystallinity of the nanoparticle core, Therefore, luminous efficiency can be increased.
以下において、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In addition, dimensional relationships such as length, size, and width in the drawings are changed as appropriate for clarity and simplification of the drawings, and do not represent actual dimensions.
<半導体ナノ粒子蛍光体>
図1は、本発明の半導体ナノ粒子蛍光体の基本構造を示す模式的な断面図である。本発明の半導体ナノ粒子蛍光体10は、図1に示されるように、In1-xGaxA(x≧0、AはNもしくはP)からなるナノ粒子コア11と、該ナノ粒子コア11を被覆する積層構造シェル12とを備え、該積層構造シェル12は、2以上のシェル層を積層した構造であり、ナノ粒子コア11からn層目のシェル層の組成はIn1-xnGaxnA(xn≧0、AはNもしくはP)であり、ナノ粒子コア11からn層目のシェル層のガリウムの原子比をxnとし、ナノ粒子コア11から(n+1)層目のシェル層のガリウムの原子比をxn+1とすると、x<xn<xn+1を満たすことを特徴とする。
<Semiconductor nanoparticle phosphor>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of the semiconductor nanoparticle phosphor of the present invention. As shown in FIG. 1, the
従来の半導体ナノ粒子蛍光体は、シェル層の格子定数と、ナノ粒子コアの格子定数との差が大きかったため、ナノ粒子コアとシェル層との間に結晶格子の歪みが生じていた。この歪みによって、ナノ粒子コアの結晶中に欠陥が発生し、発光効率が低下するという問題があった。 In the conventional semiconductor nanoparticle phosphor, the difference between the lattice constant of the shell layer and the lattice constant of the nanoparticle core is large, so that the crystal lattice is distorted between the nanoparticle core and the shell layer. Due to this distortion, there is a problem that defects are generated in the crystal of the nanoparticle core and the luminous efficiency is lowered.
本発明においては、上記のようにガリウムの原子比を調整した積層構造シェル12を形成することによって、ナノ粒子コア11から積層構造シェル12の表面に進むにつれて徐々に格子定数が小さくなる。このため、ナノ粒子コア11と積層構造シェル12との界面での格子不整合が緩和され、ナノ粒子コア11と積層構造シェル12との間に発生する格子定数の違いによる欠陥を減少させることができる。したがって、ナノ粒子コア11の結晶性が高められて、発光効率を向上させることができる。
In the present invention, by forming the laminated
さらに、本発明の半導体ナノ粒子蛍光体10は、図1に示すように、積層構造シェル12の外表面を修飾有機分子13で被覆されてなることが好ましい。このように積層構造シェル12を修飾有機分子13が被覆することにより、積層構造シェル12の表面での励起エネルギーの失活を抑えることができ、発光効率を向上させることができる。
Furthermore, the
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体10は、0.1nm以上100nm以下の平均粒子径であることが好ましく、0.5nm以上50nm以下の平均粒子径であることがより好ましく、さらに好ましくは1nm以上20nm以下の平均粒子径である。このような平均粒子径の半導体ナノ粒子蛍光体10を用いることにより、ナノ粒子コア11の表層で励起光の散乱を抑制することができ、ナノ粒子コア11に励起光を吸収させることができる。本発明の半導体ナノ粒子蛍光体10は、X線回析測定のスペクトル半値幅から通常2〜6nm程度の平均粒子径と見積もられる。
The
半導体ナノ粒子蛍光体10の平均粒子径が0.1nm未満であると、粒子径が小さすぎることにより、凝集が生じやすく、100nmを超えると、励起光が散乱することにより、発光効率が低下するため好ましくない。
If the average particle size of the
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体10に対し、励起光を照射すると、ナノ粒子コア11および/または積層構造シェル12が励起光のエネルギーを吸収する。ここで、ナノ粒子コア11の平均粒子径は、量子サイズ効果を有する程度に小さいので、ナノ粒子コア11は離散化した複数のエネルギー準位をとり得るが、一つの準位になる場合もある。
When the
かかるナノ粒子コア11および/または積層構造シェル12で吸収して励起された光エネルギーは、ナノ粒子コア11の伝導帯の基底準位と価電子帯の基底準位との間で遷移し、そのエネルギーに相当する波長の光を発光する。このとき積層構造シェル12は、ナノ粒子コア11における励起キャリアの閉じ込め効果に寄与し、発光効率を向上させる。以下、本発明の半導体ナノ粒子蛍光体10の各構成を説明する。
The light energy absorbed and excited by the
<ナノ粒子コア>
本発明において、ナノ粒子コア11は、積層構造シェル12を結晶成長させる時に成長の核となる。すなわち、ナノ粒子コア11の表面には、未結合手を有する13族元素および15族元素が配列しており、その未結合手に積層構造シェル12の第1層目の第1シェル層1の原料となる元素が結合する。
<Nanoparticle core>
In the present invention, the
かかるナノ粒子コア11は、可視光を発光するバンドギャップ・エネルギを有する半導体であり、具体的にはIn1-xGaxA(x≧0、AはNもしくはP)からなるナノ粒子である。ここで、「ナノ粒子」とは、粒子の直径が数nm以上数千nm以下のものをいう。上記のナノ粒子コア11は、13族窒化物半導体からなることが好ましく、より好ましくはInNからなることである。かかるナノ粒子コア11の平均粒子径およびその混晶比を制御することにより、半導体ナノ粒子蛍光体10の発光波長を任意の可視光領域の波長に調整することができる。
The
このようなナノ粒子コア11に用いられる材料は、InGaNまたはInGaP以外に意図しない不純物を含んでいてもよいし、1×1016cm-3以上1×1021cm-3以下の濃度であれば意図的に不純物を添加してもよい。ナノ粒子コア11に対し、意図的に不純物を添加する場合、2族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba)、Zn、またはSiのいずれかをドーパントとして用いることが好ましく、これらの中でもMg、Zn、またはSiのいずれかをドーパントに用いることがより好ましい。
The material used for the
上記のナノ粒子コア11に用いる材料のバンドギャップは、所望する半導体ナノ粒子蛍光体10の発光波長によっても異なるが、1.8eV以上2.8eV以下であることが好ましい。より具体的に説明すると、半導体ナノ粒子蛍光体10を赤色蛍光体として用いる場合、ナノ粒子コア11に用いられる半導体のバンドギャップは1.85eV以上2.5eV以下であることが好ましい。半導体ナノ粒子蛍光体10を緑色蛍光体として用いる場合、ナノ粒子コア11に用いられる半導体のバンドギャップは、2.3eV以上2.5eV以下であることが好ましい。半導体ナノ粒子蛍光体10を青色蛍光体として用いる場合、ナノ粒子コア11に用いられる半導体のバンドギャップは、2.65eV以上2.8eV以下であることが好ましい。
The band gap of the material used for the
本発明において、ナノ粒子コア11は、ボーア半径の2倍以下の平均粒子径であることが好ましい。これにより半導体ナノ粒子蛍光体10の発光強度を極端に向上させることができる。ここで、「ボーア半径」とは、励起子の存在確率の広がりを示すもので、下記の数式(1)で表される。
In the present invention, the
y=4πεh2・me2・・・式(1)
ここで、式(1)中の各記号はそれぞれ、y:ボーア半径、ε:誘電率、h:プランク定数、m:有効質量、e:電荷素量である。この数式に基づいてボーア半径を算出すると、GaNのボーア半径は、3nm程度であり、InNのボーア半径は7nm程度である。
y = 4πεh 2 · me 2 Formula (1)
Here, each symbol in the formula (1) is y: Bohr radius, ε: dielectric constant, h: Planck constant, m: effective mass, e: elementary charge. When the Bohr radius is calculated based on this formula, the Bohr radius of GaN is about 3 nm, and the Bohr radius of InN is about 7 nm.
ナノ粒子コア11の平均粒子径が励起子ボーア半径の2倍以下になると、量子サイズ効果により光学的バンドギャップが広がる傾向がある。この場合でも、ナノ粒子コア11を構成する材料のバンドギャップは、上述の範囲内であることが好ましい。
When the average particle diameter of the
上記のナノ粒子コア11の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)を用いて、高倍率の観察像でナノ粒子コア11の格子像を直接観察することによって算出することができる。
The average particle diameter of the
<積層構造シェル>
本発明において、積層構造シェル12は、2以上のシェル層を積層した構造のものである。かかる積層構造シェル12は、ナノ粒子コア11の結晶構造を引き継いで、ナノ粒子コア11の表面に形成されるものであるため、それぞれのシェル層が互いに化学結合している。このような積層構造シェル12において、ナノ粒子コアからn層目のシェル層の組成はIn1-xnGaxnA(xn≧0、AはNもしくはP)と表される。そして、ナノ粒子コア11からn層目のシェル層のガリウムの原子比をxnとし、ナノ粒子コア11から(n+1)層目のシェル層のガリウムの原子比をxn+1とすると、x<xn<xn+1を満たすことを特徴とする。
<Laminated structure shell>
In the present invention, the
上記式を満たすように、積層構造シェル12のガリウム原子比を調整することにより、上記の積層構造シェル12の最内のシェル層のガリウムの原子比が、ナノ粒子コア11のガリウムの原子比に近くなる。このため、ナノ粒子コア11と積層構造シェル12との結晶格子の歪みが少なくなる。これにより、ナノ粒子コアの結晶性が改善されて、発光効率を高めることができる。
By adjusting the gallium atomic ratio of the
このような積層構造シェル12は、0.1〜10nmの厚みであることが好ましい。0.1nm未満であると、ナノ粒子コア11の表面を十分に被覆できず均一な保護層を形成しにくい。一方、10nmを超えると、積層構造シェル12を均一に作ることが難しくなり欠陥が増え、原材料コストの面においても望ましくない。なお、積層構造シェル12は、ナノ粒子コア11を一部もしくは全部を被覆するものであるが、その厚みは必ずしも均一である必要はなく、厚みに分布があってもよい。かかる積層構造シェル12の厚みは、X線回析によって測定することができる他、TEMを用いて、高倍率の観察像で格子像を観察することによっても見積もることができる。
Such a
本発明において、積層構造シェル12は、InGaNまたはInGaPのいずれかからなることが好ましい。このような積層構造シェル12は、意図しない不純物を含んでいてもよいし、1×1016cm-3以上1×1021cm-3以下の低濃度であれば意図的に不純物を添加してもよい。意図的に不純物を添加する場合、2族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba)、Zn、またはSiのいずれかをドーパントとして用いることが好ましく、これらの中でもMg、Zn、またはSiのいずれかをドーパントに用いることがより好ましい。
In the present invention, the
<修飾有機分子>
本発明において、積層構造シェル12の外表面に修飾有機分子13が結合されてなるか、または積層構造シェル12が修飾有機分子13に被覆されてなることが好ましい。このように修飾有機分子13が半導体ナノ粒子蛍光体10の表面を被覆することにより、半導体ナノ粒子蛍光体10同士が隔離されやすくなり、分散性がよく、半導体ナノ粒子蛍光体10を応用する際に取り扱いが容易である。
<Modified organic molecule>
In the present invention, it is preferable that the modified
このような修飾有機分子13は、分子中に親水基および疎水基を持つ化合物を用いることが好ましい。これによりヘテロ原子が配位結合するような化学結合と、物理吸着による結合との双方で、積層構造シェル12を被覆する。
Such a modified
修飾有機分子13は、積層構造シェル12の表面に配列する未結合手を有する金属元素と結合する。この構成により、積層構造シェル12の表面のダングリングボンドが効率的にキャッピングされる。このように修飾有機分子13が積層構造シェル12の表面をキャッピングすることにより、積層構造シェル12の表面欠陥が抑制されるため、半導体ナノ粒子蛍光体10の発光効率をさらに向上させることができる。
The modified
ここで、本発明における修飾有機分子13は、窒素含有官能基、硫黄含有官能基、酸性基、アミド基、ホスフィン基、ホスフィンオキシド基、水酸基、直鎖アルキル基等を有する構造のものを用いることができる。このような修飾有機分子13としては、たとえばヘキサメタリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリルジエタノールアミド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、トリオクチルホスフィン、トリオクチルホスフィンオキシドなどを挙げることができる。
Here, the modified
このような修飾有機分子13は、疎水基としての非極性炭化水素末端と、親水基としてのアミノ基とを持つ化合物であるアミンであることが好ましい。修飾有機分子13の親水基がアミンである場合、該アミンが積層構造シェル12の表面の金属元素と強固に結合することができる。
Such a modified
修飾有機分子13として有効なアミンは、たとえばブチルアミン、t−ブチルアミン、イソブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ラウリルアミン、オクチルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミン、トリウンデシルアミン等を挙げることができる。
Effective amines as the modified
かかる修飾有機分子13は、ヘテロ原子を有することが好ましい。修飾有機分子13がヘテロ原子を有することにより、ヘテロ原子−炭素原子間での電気的極性が生じ、積層構造シェル12の外表面に修飾有機分子13を表面に強固に結合させることができる。ここで、「ヘテロ原子」とは、水素原子と炭素原子を除く全ての原子のことを意味する。上記の修飾有機分子13の厚さは、TEMを用いて高倍率の観察像を観察することにより見積もることができる。
The modified
<半導体ナノ粒子蛍光体の製造方法>
本実施の形態の半導体ナノ粒子蛍光体の製造方法は、特に制限なくいかなる製造方法をも用いることができるが、簡便な手法であり、かつ低コストであるという観点から、化学合成法を用いることが好ましい。化学合成法は、生成物質の構成元素を含む複数の出発物質を媒体に分散させた上で、これらを反応させることにより目的の生成物質を得ることができる。このような化学合成法の具体例としては、ゾルゲル法(コロイド法)、ホットソープ法、逆ミセル法、ソルボサーマル法、分子プレカーサ法、水熱合成法、フラックス法等を挙げることができる。
<Method for producing semiconductor nanoparticle phosphor>
The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle phosphor of the present embodiment can be any manufacturing method without any particular limitation, but it is a simple method and uses a chemical synthesis method from the viewpoint of low cost. Is preferred. In the chemical synthesis method, a target product can be obtained by dispersing a plurality of starting materials containing constituent elements of the product in a medium and reacting them. Specific examples of such chemical synthesis methods include sol-gel method (colloid method), hot soap method, reverse micelle method, solvothermal method, molecular precursor method, hydrothermal synthesis method, flux method and the like.
以下においては、液相での化学的な合成を利用するホットソープ法によって半導体ナノ粒子蛍光体を製造する方法を説明する。ホットソープ法は、化合物半導体材料からなるナノ粒子コアを製造するのに好適である。 Hereinafter, a method for producing a semiconductor nanoparticle phosphor by a hot soap method using chemical synthesis in a liquid phase will be described. The hot soap method is suitable for producing a nanoparticle core made of a compound semiconductor material.
(ナノ粒子コアを合成するステップ)
まず、ナノ粒子コア11を液相合成する。たとえばInNからなるナノ粒子コア11を製造する場合、フラスコなどに合成溶媒として1−オクタデセンを満たし、トリス(ジメチルアミノ)インジウムと、ヘキサデシルアミン(HDA)とを混合する。この混合液を十分に攪拌した後、合成温度180〜500℃で反応を行なうことにより、InNからなるナノ粒子コア11にHDAからなる修飾有機分子が結合する。なお、修飾有機分子は、後述する積層構造シェルを成長させた後に溶液中に添加してもよい。
(Step of synthesizing nanoparticle core)
First, the
ここで、ホットソープ法に用いられる合成溶媒は、炭素原子および水素原子からなる化合物溶液(以下、「炭化水素系溶媒」という。)を用いることが好ましい。炭化水素系溶媒以外の溶媒を合成溶媒として用いると、合成溶媒中に水や酸素が混入してしまうこととなり、ナノ粒子コア11が酸化するため好ましくない。ここで、炭化水素系溶媒としては、たとえばn−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン等を挙げることができる。
Here, the synthetic solvent used in the hot soap method is preferably a compound solution composed of carbon atoms and hydrogen atoms (hereinafter referred to as “hydrocarbon solvent”). If a solvent other than the hydrocarbon solvent is used as the synthesis solvent, water and oxygen will be mixed in the synthesis solvent, which is not preferable because the
ホットソープ法では、原理的に反応時間が長いほどナノ粒子コア11の粒子径は大きく成長する。よって、フォトルミネッセンス、光吸収、動的光散乱等で粒子径をモニタしながら、液相合成することにより、InNからなるナノ粒子コア11を所望のサイズに制御することができる。
In the hot soap method, in principle, the longer the reaction time, the larger the particle diameter of the
(積層構造シェルを合成するステップ)
上述のナノ粒子コア11を含む溶液に、積層構造シェル12の最内層である第1シェル層1の原材料である反応試薬を加え、加熱反応させることによってナノ粒子コア11表面に第1シェル層1を化学的に結合させる。これによりナノ粒子コア11の表面を第1シェル層1が覆い、該第1シェル層1の表面を修飾有機分子13が被覆した構造の半導体ナノ粒子蛍光体が分散された溶液が製造される。第1シェル層1は、ナノ粒子コア11の結晶構造を引き継いで成長されるため、ナノ粒子コア11は第1シェル層1からの応力を受ける。
(Step of synthesizing the laminated shell)
A reaction reagent that is a raw material of the
上記の第1シェル層を合成する工程に対し、ガリウムの組成比を大きくすることが異なる他は同様にして、シェル層を合成する工程を繰り返す。このようにしてナノ粒子コア11の表面に2層以上のシェル層が被覆した積層構造シェル12を形成する。このようにして形成された積層構造シェル12は、ナノ粒子コア11側から最表面に向けて徐々にガリウムの原子比が大きくなるため、格子定数は外殻にむけて徐々に小さくなっている。このため、ナノ粒子コア11が積層構造シェル12によって受ける応力は緩和され、積層構造シェル12の保護効果によって結晶欠陥が少ない半導体ナノ粒子蛍光体10を得ることができる。以上のステップによって本発明の半導体ナノ粒子蛍光体を得ることができる。
The step of synthesizing the shell layer is repeated in the same manner as the step of synthesizing the first shell layer except that the composition ratio of gallium is increased. In this way, the
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these.
(実施例1)
本実施例では、図1に示す構造の半導体ナノ粒子蛍光体をホットソープ法により作製した。具体的には、平均粒子径5nmのナノ粒子コア11に対し、表1に示す構成の積層構造シェル12を備える半導体ナノ粒子蛍光体10を作製した。なお、表1中の「格子定数」は、TEMによる格子像観察を行なうことにより確認(測定)することができる。以下において、その製造方法を具体的に説明する。
Example 1
In this example, a semiconductor nanoparticle phosphor having the structure shown in FIG. 1 was produced by a hot soap method. Specifically, a
まず、1mmolのヘキサデカンチオール(HDT)を含む30mlの1−オクタデセン溶液中で、1mmolのヨウ化インジウムと、10mmolのナトリウムアミドとを熱分解反応させることにより、InNからなるナノ粒子コア11を合成した。
First, a
次に、上記のナノ粒子コア11を含む溶液に、第1シェル層1の原料として、0.4mmolのヨウ化インジウムおよび0.1mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、ナノ粒子コア11の表面に第1シェル層1を形成した。
Next, 3 ml of 1 containing 0.4 mmol of indium iodide and 0.1 mmol of gallium iodide and 5 mmol of sodium amide as a raw material of the
次に、第2シェル層2の原料として、0.3mmolのヨウ化インジウムおよび0.2mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第1シェル層1の表面に第2シェル層2を形成した。
Next, as a raw material of the
そして、第3シェル層3の原料として、0.2mmolのヨウ化インジウムおよび0.3mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第2シェル層2の表面に第3シェル層3を形成した。
Then, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.2 mmol of indium iodide and 0.3 mmol of gallium iodide and 5 mmol of sodium amide as a raw material of the
さらに、第4シェル層4の原料として、0.1mmolのヨウ化インジウムおよび0.4mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第3シェル層3の表面に第4シェル層4を形成した。
Further, as a raw material of the
最後に、第5シェル層5の原料として、0.5mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第4シェル層4の表面に第5シェル層5を形成した。かかる第5シェル層5の表面には、HDTからなる修飾有機分子13が被覆した構造となった。このように表面を修飾有機分子13が均一に被覆することにより、半導体ナノ粒子蛍光体同士は凝集されず、均一な大きさで分散性が高かった。
Finally, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.5 mmol of gallium iodide and 5 mmol of sodium amide as a raw material for the
このようにしてInN(ナノ粒子コア11)/In0.8Ga0.2N/In0.6Ga0.4N/In0.4Ga0.6N/In0.2Ga0.8N/GaN/HDT(修飾有機分子13)という構成の半導体ナノ粒子蛍光体10を作製した。なお、「A/B」と表記した場合、Bで被覆されたAを意味する。
Semiconductor nano configuration in this way InN (nanoparticle core 11) / In 0.8 Ga 0.2 N / In 0.6 Ga 0.4 N / In 0.4 Ga 0.6 N / In 0.2 Ga 0.8 N / GaN / HDT ( modified organic molecules 13) A
このようにして作製した半導体ナノ粒子蛍光体は、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源として用いることができ、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収することがわかった。また、620nmの波長の光を発光するように半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径が調整されているため、赤色蛍光体として用いることができる。
It has been found that the semiconductor nanoparticle phosphor produced in this manner can use a blue light emitting element made of a
(実施例2)
本実施例では、ナノ粒子コアの粒子径および修飾有機分子が異なる他は、実施例1と同一の構造の半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。具体的には、平均粒子径4nmのナノ粒子コア11に対し、表1に示す構成の積層構造シェル12を備える半導体ナノ粒子蛍光体10を作製した。以下において、その製造方法を具体的に説明する。
(Example 2)
In this example, a semiconductor nanoparticle phosphor having the same structure as that of Example 1 was prepared, except that the particle diameter of the nanoparticle core and the modified organic molecules were different. Specifically, a
まず、1mmolのヘキサデシルアミン(HDA)を含む30mlの1−オクタデセン溶液中で、1mmolのヨウ化インジウムと、10mmolのナトリウムアミドとを熱分解反応させることにより、InNからなるナノ粒子コア11を合成した。続く、積層構造シェル12は、実施例1と同様の方法によって作製した。
First, a
このようにして作製した積層構造シェル12の表面には、HDAからなる修飾有機分子13が被覆した構造となった。このようにしてInN(ナノ粒子コア)/In0.8Ga0.2N/In0.6Ga0.4N/In0.4Ga0.6N/In0.2Ga0.8N/GaN/HDAという構成の半導体ナノ粒子蛍光体10を作製した。このように表面を修飾有機分子13が均一に被覆することにより、半導体ナノ粒子蛍光体同士は凝集されず、均一な大きさで分散性が高かった。
The surface of the
本実施例の半導体ナノ粒子蛍光体は、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源として用いることができ、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収することがわかった。また、520nmの波長の光を発光するように半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径が調整されているため、緑色蛍光体として用いることができる。
It has been found that the semiconductor nanoparticle phosphor of this example can use a blue light-emitting element made of a
(実施例3)
本実施例では、ナノ粒子コアの組成および積層構造シェルの構造ならびに組成が異なる他は、実施例1と同一の方法によって半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。具体的には、平均粒子径5nmのナノ粒子コアに対し、表1に示す構成の積層構造シェルを備える半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。以下において、その製造方法を具体的に説明する。
(Example 3)
In this example, a semiconductor nanoparticle phosphor was prepared by the same method as in Example 1 except that the composition of the nanoparticle core and the structure and composition of the laminated shell were different. Specifically, a semiconductor nanoparticle phosphor including a laminated structure shell having the configuration shown in Table 1 was prepared for a nanoparticle core having an average particle diameter of 5 nm. Below, the manufacturing method is demonstrated concretely.
まず、1mmolのヘキサデカンチオール(HDT)を含む30mlの1−オクタデセン溶液中で、0.3mmolのヨウ化インジウムおよび0.7mmolのヨウ化ガリウムと、10mmolのナトリウムアミドとを熱分解反応させることにより、In0.3Ga0.7Nからなるナノ粒子コア11を合成した。
First, in 30 ml of 1-octadecene solution containing 1 mmol of hexadecanthiol (HDT), 0.3 mmol of indium iodide and 0.7 mmol of gallium iodide and 10 mmol of sodium amide are subjected to a thermal decomposition reaction. A
次に、上記のナノ粒子コアを含む溶液に、第1シェル層の原料として、0.1mmolのヨウ化インジウムおよび0.4mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、ナノ粒子コアの表面に第1シェル層を形成した。 Next, 3 ml of 1-octadecene containing 0.1 mmol of indium iodide and 0.4 mmol of gallium iodide and 5 mmol of sodium amide as raw materials for the first shell layer is added to the solution containing the nanoparticle core. A first shell layer was formed on the surface of the nanoparticle core by adding the solution and reacting.
次に、第2シェル層2の原料として、0.05mmolのヨウ化インジウムおよび0.45mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第1シェル層の表面に第2シェル層を形成した。
Next, as a raw material of the
最後に、第3シェル層の原料として、0.5mmolのヨウ化ガリウムと、5mmolのナトリウムアミドとを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第2シェル層の表面に第3シェル層を形成した。かかる第3シェル層の表面には、HDTからなる修飾有機分子が被覆した構造となった。このようにしてIn0.3Ga0.7N(ナノ粒子コア)/In0.2Ga0.8N/In0.1Ga0.9N/GaN/HDT(修飾有機分子)という構成の半導体ナノ粒子蛍光体10を作製した。このように表面を修飾有機分子が均一に被覆することにより、半導体ナノ粒子蛍光体同士が凝集せず、均一な大きさで分散性が高かった。
Finally, as a raw material for the third shell layer, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.5 mmol of gallium iodide and 5 mmol of sodium amide is added and reacted to form a third shell layer on the surface of the second shell layer. A shell layer was formed. The surface of the third shell layer was covered with a modified organic molecule made of HDT. There was thus prepared an In 0.3 Ga 0.7 N (nanoparticle core) / In 0.2 Ga 0.8 N / In 0.1 Ga 0.9 N / GaN / HDT ( modified organic molecules)
本実施例の半導体ナノ粒子蛍光体は、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源として用いることができ、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収することがわかった。また、480nmの波長の光を発光するように半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径が調整されているため、青色蛍光体として用いることができる。
It has been found that the semiconductor nanoparticle phosphor of this example can use a blue light-emitting element made of a
(実施例4)
本実施例では、ナノ粒子コアの組成および積層構造シェルの構造および組成が異なる他は、実施例1と同一の方法によって半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。具体的には、平均粒子径3nmのナノ粒子コアに対し、表1に示す構成の積層構造シェルを備える半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。以下において、その製造方法を具体的に説明する。
Example 4
In this example, a semiconductor nanoparticle phosphor was produced by the same method as in Example 1, except that the composition of the nanoparticle core and the structure and composition of the laminated shell were different. Specifically, a semiconductor nanoparticle phosphor including a laminated structure shell having the structure shown in Table 1 was prepared for a nanoparticle core having an average particle diameter of 3 nm. Below, the manufacturing method is demonstrated concretely.
まず、1mmolのヘキサデシルアミン(HDA)を含む30mlの1−オクタデセン溶液中で、1mmolの塩化インジウムと、1mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを熱分解反応させることにより、InPからなるナノ粒子コアを合成した。 First, in a 30 ml 1-octadecene solution containing 1 mmol of hexadecylamine (HDA), 1 mmol of indium chloride and 1 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) are thermally decomposed to form a nanoparticle core made of InP. Synthesized.
次に、上記のナノ粒子コアを含む溶液に、第1シェル層の原料として、0.4mmolの塩化インジウムおよび0.1mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、ナノ粒子コアの表面に第1シェル層を形成した。 Next, 3 ml of 0.4 ml of indium chloride and 0.1 mmol of gallium chloride, and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) are contained in the solution containing the nanoparticle core as a raw material for the first shell layer. A 1-octadecene solution was added and reacted to form a first shell layer on the surface of the nanoparticle core.
次に、第2シェル層の原料として、0.3mmolの塩化インジウムおよび0.2mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第1シェル層の表面に第2シェル層を形成した。 Next, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.3 mmol of indium chloride and 0.2 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) is added and reacted as a raw material for the second shell layer. Thus, the second shell layer was formed on the surface of the first shell layer.
そして、第3シェル層の原料として、0.2mmolの塩化インジウムおよび0.3mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第2シェル層の表面に第3シェル層を形成した。 By adding 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.2 mmol of indium chloride and 0.3 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) as a raw material for the third shell layer, the reaction is performed. A third shell layer was formed on the surface of the second shell layer.
さらに、第4シェル層の原料として、0.1mmolの塩化インジウムおよび0.4mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第3シェル層の表面に第4シェル層を形成した。 Furthermore, as a raw material for the fourth shell layer, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.1 mmol of indium chloride and 0.4 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) was added and reacted. A fourth shell layer was formed on the surface of the third shell layer.
最後に、第5シェル層の原料として、0.5mmolの塩化ガリウムおよび0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第4シェル層の表面に第5シェル層を形成した。かかる第5シェル層の表面には、HDAからなる修飾有機分子が被覆した構造となった。このように表面を修飾有機分子が均一に被覆することにより、半導体ナノ粒子蛍光体同士は凝集されず、均一な大きさで分散性が高かった。このようにしてInP(ナノ粒子コア)/In0.8Ga0.2P/In0.6Ga0.4P/In0.4Ga0.6P/In0.2Ga0.8P/GaP(積層構造シェル)/HDA(修飾有機分子)という構成の半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。 Finally, as a raw material for the fifth shell layer, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.5 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) is added and reacted to thereby form the surface of the fourth shell layer. A fifth shell layer was formed. The surface of the fifth shell layer was covered with a modified organic molecule made of HDA. As described above, the surface of the organic nanoparticle phosphor was not aggregated by uniformly coating the surface with the modified organic molecules, and the dispersibility was high with a uniform size. In this way, a configuration of InP (nanoparticle core) / In 0.8 Ga 0.2 P / In 0.6 Ga 0.4 P / In 0.4 Ga 0.6 P / In 0.2 Ga 0.8 P / GaP (laminated structure shell) / HDA (modified organic molecule) A semiconductor nanoparticle phosphor was prepared.
このようにして作製した半導体ナノ粒子蛍光体は、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源として用いることができ、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収することがわかった。また、650nmの波長の光を発光するように半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径が調整されているため、赤色蛍光体として用いることができる。
It has been found that the semiconductor nanoparticle phosphor produced in this manner can use a blue light emitting element made of a
(実施例5)
本実施例では、ナノ粒子コアの組成および積層構造シェルの構造および組成が異なる他は、実施例1と同一の方法によって半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。具体的には、平均粒子径3nmのナノ粒子コアに対し、表1に示す構成の積層構造シェルを備える半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。以下において、その製造方法を具体的に説明する。
(Example 5)
In this example, a semiconductor nanoparticle phosphor was produced by the same method as in Example 1, except that the composition of the nanoparticle core and the structure and composition of the laminated shell were different. Specifically, a semiconductor nanoparticle phosphor including a laminated structure shell having the structure shown in Table 1 was prepared for a nanoparticle core having an average particle diameter of 3 nm. Below, the manufacturing method is demonstrated concretely.
まず、1mmolのヘキサデシルアミン(HDA)を含む30mlの1−オクタデセン溶液中で、0.7mmolの塩化インジウムおよび0.3mmolの塩化ガリウムと、1mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを熱分解反応させることにより、In0.7Ga0.3Pからなるナノ粒子コアを合成した。 First, in 30 ml of 1-octadecene solution containing 1 mmol of hexadecylamine (HDA), 0.7 mmol of indium chloride and 0.3 mmol of gallium chloride are thermally decomposed with 1 mmol of tris (trimethylsilylphosphine). Thus, a nanoparticle core made of In 0.7 Ga 0.3 P was synthesized.
次に、上記のナノ粒子コアを含む溶液に、第1シェル層の原料として、0.3mmolの塩化インジウムおよび0.2mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、ナノ粒子コアの表面に第1シェル層を形成した。 Next, 3 ml of the above solution containing the nanoparticle core contains 0.3 mmol of indium chloride and 0.2 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) as the raw material of the first shell layer. A 1-octadecene solution was added and reacted to form a first shell layer on the surface of the nanoparticle core.
次に、第2シェル層の原料として、0.2mmolの塩化インジウムおよび0.3mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第1シェル層の表面に第2シェル層を形成した。 Next, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.2 mmol of indium chloride and 0.3 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) is added and reacted as a raw material for the second shell layer. Thus, the second shell layer was formed on the surface of the first shell layer.
そして、第3シェル層の原料として、0.1mmolの塩化インジウムおよび0.4mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第2シェル層の表面に第3シェル層を形成した。 Then, by adding 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.1 mmol of indium chloride and 0.4 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) as a raw material for the third shell layer, the reaction is performed. A third shell layer was formed on the surface of the second shell layer.
最後に、第4シェル層の原料として、0.5mmolの塩化ガリウムと、0.5mmolのトリス(トリメチルシリルホスフィン)とを含む3mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、第3シェル層の表面に第4シェル層を形成した。かかる第4シェル層の表面には、HDAからなる修飾有機分子が被覆した構造となった。このように表面を修飾有機分子が均一に被覆することにより、半導体ナノ粒子蛍光体同士は凝集されず、均一な大きさで分散性が高かった。このようにしてIn0.7Ga0.3P(ナノ粒子コア)/In0.6Ga0.4P/In0.4Ga0.6P/In0.2Ga0.8P/GaP/HDA(修飾有機分子)という構成の半導体ナノ粒子蛍光体を作製した。 Finally, as a raw material of the fourth shell layer, 3 ml of 1-octadecene solution containing 0.5 mmol of gallium chloride and 0.5 mmol of tris (trimethylsilylphosphine) is added and reacted, whereby the third shell layer A fourth shell layer was formed on the surface. The surface of the fourth shell layer was covered with a modified organic molecule made of HDA. As described above, the surface of the organic nanoparticle phosphor was not aggregated by uniformly coating the surface with the modified organic molecules, and the dispersibility was high with a uniform size. Thus, a semiconductor nanoparticle phosphor having a configuration of In 0.7 Ga 0.3 P (nanoparticle core) / In 0.6 Ga 0.4 P / In 0.4 Ga 0.6 P / In 0.2 Ga 0.8 P / GaP / HDA (modified organic molecule) is obtained. Produced.
このようにして作製した半導体ナノ粒子蛍光体は、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源として用いることができ、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収することがわかった。また、600nmの波長の光を発光するように半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径が調整されているため、赤色蛍光体として用いることができる。
It has been found that the semiconductor nanoparticle phosphor produced in this manner can use a blue light emitting element made of a
(比較例1)
比較例1では、平均粒子径5nmのInNからなるナノ粒子コア21の表面に積層構造シェルを被覆せずに、図2に示されるようにGaNからなるシェル層22を1層被覆したことが異なる他は、実施例1と同一の方法によって半導体ナノ粒子蛍光体20を作製した。図2は、比較例1の半導体ナノ粒子蛍光体の構造を模式的に示す断面図である。以下において、その製造方法を具体的に説明する。
(Comparative Example 1)
The comparative example 1 is different in that the surface of the
まず、1mmolのヘキサデシルアミン(HDA)を含む30mlの1−オクタデセン溶液中で、1mmolのトリス(ジメチルアミノ)インジウムを熱分解反応させることにより、InNからなるナノ粒子コア21を合成した。
First,
次に、上記のナノ粒子コア21を含む溶液に、シェル層22の原料として、1mmolのトリス(ジメチルアミノ)ガリウムと、1mmolのヘキサデシルアミンとを含む30mlの1−オクタデセン溶液を加えて反応させることにより、ナノ粒子コア21の表面にシェル層22を形成した。かかるシェル層22の表面には、HDAからなる修飾有機分子23が被覆した構造となった。このようにしてInN(ナノ粒子コア21)/GaN(シェル層22)/HDA(修飾有機分子23)という構成の半導体ナノ粒子蛍光体20を作製した。
Next, 30 ml of 1-octadecene solution containing 1 mmol of tris (dimethylamino) gallium and 1 mmol of hexadecylamine as a raw material of the
このようにして作製した半導体ナノ粒子蛍光体は、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収し、620nmの波長の光を発光し、赤色発光を示した。 The semiconductor nanoparticle phosphor thus produced efficiently absorbed 405 nm light having a particularly high external quantum efficiency, emitted light having a wavelength of 620 nm, and exhibited red light emission.
<評価結果および考察>
実施例1〜5および比較例1で作製した半導体ナノ粒子蛍光体に対し、X線回折測定を行なった結果、このスペクトル半値幅によって見積もられた半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径は、表1の「粒子径」の欄に示す結果となった。このため、実施例1〜5の半導体ナノ粒子蛍光体は、量子サイズ効果を示し、高い発光効率を有することがわかった。なお、半導体ナノ粒子蛍光体の平均粒子径の算出には、以下のScherrerの式(2)を用いた。
B=λ/cosθ・R ・・・式(2)
<Evaluation results and discussion>
As a result of performing X-ray diffraction measurement on the semiconductor nanoparticle phosphors produced in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the average particle diameter of the semiconductor nanoparticle phosphors estimated by the half width of the spectrum is as follows. The result shown in the column of “Particle size” in FIG. For this reason, it turned out that the semiconductor nanoparticle fluorescent substance of Examples 1-5 showed a quantum size effect and has high luminous efficiency. The following Scherrer equation (2) was used to calculate the average particle size of the semiconductor nanoparticle phosphor.
B = λ / cos θ · R (2)
ここで、式(2)の各記号はそれぞれ、B:X線半値幅[deg]、λ:X線の波長[nm]、θ:Bragg角[deg]、R:粒子径[nm]を示す。 Here, each symbol in the formula (2) represents B: X-ray half width [deg], λ: X-ray wavelength [nm], θ: Bragg angle [deg], and R: particle diameter [nm], respectively. .
実施例1〜5で得られた半導体ナノ粒子蛍光体は、ナノ粒子コア/積層構造シェル/修飾有機分子という構造であり、ナノ粒子コアから積層構造シェルの外殻に向けて徐々にガリウム組成が大きくなっている。このため、ナノ粒子コアから積層構造シェルの外殻に向けて格子定数が徐々に小さくなっており、ナノ粒子コア11の結晶性が高く、発光効率が高かった。
The semiconductor nanoparticle phosphors obtained in Examples 1 to 5 have a structure of nanoparticle core / laminated structure shell / modified organic molecule, and the gallium composition gradually increases from the nanoparticle core toward the outer shell of the laminated structure shell. It is getting bigger. For this reason, the lattice constant gradually decreased from the nanoparticle core toward the outer shell of the laminated structure shell, the crystallinity of the
これに対し、比較例1で得られた半導体ナノ粒子蛍光体は、ナノ粒子コアの格子定数とシェル層の格子定数との差が大きいため、ナノ粒子コアとシェル層との格子不整合によって応力を受け、ナノ粒子コアの結晶性が低く、発光効率も低かった。 On the other hand, since the semiconductor nanoparticle phosphor obtained in Comparative Example 1 has a large difference between the lattice constant of the nanoparticle core and the lattice constant of the shell layer, the stress is caused by lattice mismatch between the nanoparticle core and the shell layer. As a result, the crystallinity of the nanoparticle core was low and the luminous efficiency was also low.
図3は、実施例1および比較例1の半導体ナノ粒子蛍光体の発光特性を示すグラフである。図3のグラフの縦軸は、半導体ナノ粒子蛍光体の赤色発光(波長620nm)の強度(単位はarbitrary unit)である。図3に示される結果から、実施例1の半導体ナノ粒子蛍光体は、比較例1のそれよりも、顕著に発光特性が優れていることが明らかである。 FIG. 3 is a graph showing the light emission characteristics of the semiconductor nanoparticle phosphors of Example 1 and Comparative Example 1. The vertical axis of the graph of FIG. 3 represents the intensity (unit: arbitrary unit) of red emission (wavelength 620 nm) of the semiconductor nanoparticle phosphor. From the results shown in FIG. 3, it is clear that the semiconductor nanoparticle phosphor of Example 1 has significantly superior light emission characteristics than that of Comparative Example 1.
本発明において上記で好適な実施形態を説明した半導体ナノ粒子蛍光体は、上記に限定されるものではなく、上記以外の構成とすることもできる。 In the present invention, the semiconductor nanoparticle fluorescent material described above in the preferred embodiment is not limited to the above, and may have a configuration other than the above.
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.
今回開示された実施の形態および実施例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。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の半導体ナノ粒子蛍光体は、発光効率および分散性に優れるため、たとえば青色LED等に好適に用いられる。 Since the semiconductor nanoparticle phosphor of the present invention is excellent in luminous efficiency and dispersibility, it is suitably used for, for example, blue LEDs.
1 第1シェル層、2 第2シェル層、3 第3シェル層、4 第4シェル層、5 第5シェル層、10,20 半導体ナノ粒子蛍光体、11,21 ナノ粒子コア、12 積層構造シェル、13,23 修飾有機分子、22 シェル層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ナノ粒子コアを被覆する積層構造シェルとを備え、
前記積層構造シェルは、2以上のシェル層を積層した構造であり、
前記ナノ粒子コアからn層目の前記シェル層の組成はIn1-xnGaxnA(xn≧0、AはNもしくはP)であり、
前記ナノ粒子コアからn層目の前記シェル層のガリウムの原子比をxnとし、前記ナノ粒子コアから(n+1)層目の前記シェル層のガリウムの原子比をxn+1とすると、x<xn<xn+1を満たす、半導体ナノ粒子蛍光体。 A nanoparticle core composed of In 1-x Ga x A (x ≧ 0, A is N or P);
A laminated shell covering the nanoparticle core,
The laminated structure shell is a structure in which two or more shell layers are laminated,
The composition of the nth shell layer from the nanoparticle core is In 1-xn Ga xn A (x n ≧ 0, A is N or P),
When the atomic ratio of gallium in the n-th shell layer from the nanoparticle core is x n and the atomic ratio of gallium in the (n + 1) -th shell layer from the nanoparticle core is x n + 1 , x Semiconductor nanoparticle phosphor satisfying <x n <x n + 1 .
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