JP2019085575A - Semiconductor nanoparticle and manufacturing method therefor - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor nanoparticle having a constitution providing a band edge light emission from ternary system or quaternary system quantum dots obtained as a low toxicity component and a manufacturing method therefor.SOLUTION: There is provided a semiconductor nanoparticle having a core and a shell covering a surface of the core, large in band gap energy and hetero jointed with the core, and emitting when light is irradiated, the core is a semiconductor containing M, Mand Z, Mis at least one kind of element selected from a group consisting of Ag, Cu and Au, Mis at least one kind of element selected from a group consisting of Al, Ga, In and Tl, Z is at least one kind of element selected from a group consisting of S, Se and Te, the shell is a semiconductor containing the XIII group elements and the XVI group elements.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、半導体ナノ粒子およびその製造方法、ならびに当該半導体ナノ粒子を使用した発光デバイスに関する。   The present disclosure relates to a semiconductor nanoparticle and a method of manufacturing the same, and a light emitting device using the semiconductor nanoparticle.

液晶表示装置のバックライト等に用いられる白色発光デバイスとして、量子ドット(半導体量子ドットとも呼ばれる)の発光を利用したものが提案されている。半導体の微粒子はその粒径が例えば10nm以下になると、量子サイズ効果が発現することが知られており、そのようなナノ粒子は量子ドットと呼ばれる。量子サイズ効果とは、バルク粒子では連続とみなされる価電子帯と伝導帯のそれぞれのバンドが、粒径をナノサイズとしたときに離散的となり、粒径に応じてバンドギャップエネルギーが変化する現象を指す。   As a white light emitting device used for a backlight of a liquid crystal display device, a device using light emission of a quantum dot (also called a semiconductor quantum dot) has been proposed. Semiconductor particles are known to exhibit a quantum size effect when their particle size is, for example, 10 nm or less, and such nanoparticles are called quantum dots. The quantum size effect is a phenomenon in which each band of valence band and conduction band considered to be continuous in bulk particles becomes discrete when the particle size is nanosize, and the band gap energy changes according to the particle size. Point to

量子ドットは、光を吸収して、そのバンドギャップエネルギーに対応する光を発するので、発光デバイスにおける波長変換物質として用いることができる。量子ドットを用いた発光デバイスは、例えば、特許文献1、2において提案されている。具体的には、LEDチップから発せされる光の一部を量子ドットに吸収させて、別の色の光を発光させ、量子ドットから発光される光と量子ドットに吸収されなかったLEDチップからの光とを混合して白色光を得ることが提案されている。これらの特許文献では、CdSeおよびCdTe等の第12族−第16族、PbSおよびPbSe等の第14族−第16族の量子ドットを使用することが提案されている。また、特許文献3では、CdやPbを含む化合物の毒性を考慮して、これらの元素を含まないコアシェル構造型半導体量子ドットを使用した波長変換フィルムが提案されている。なお、コアシェル化については、非特許文献1にも記載されている。   A quantum dot absorbs light and emits light corresponding to its band gap energy, and thus can be used as a wavelength conversion material in a light emitting device. A light emitting device using quantum dots is proposed, for example, in Patent Documents 1 and 2. Specifically, a part of the light emitted from the LED chip is absorbed by the quantum dots, and light of another color is emitted, and the light emitted from the quantum dots and the LED chip not absorbed by the quantum dots It has been proposed that white light be obtained by mixing with In these patent documents, it is proposed to use quantum dots of group 12-16, such as CdSe and CdTe, and group 14-16, such as PbS and PbSe. Patent Document 3 proposes a wavelength conversion film using a core-shell structured semiconductor quantum dot not containing these elements, in consideration of the toxicity of the compound containing Cd and Pb. The core shell formation is also described in Non-Patent Document 1.

特開2012−212862号公報JP, 2012-212862, A 特開2010−177656号公報JP, 2010-177656, A WO2014/129067WO 2014/129067

Chem, Commun. 2010, vol. 46, pp 2082−2084Chem, Commun. 2010, vol. 46, pp 2082-2084

発光デバイスにおいて量子ドットを用いることの利点の一つは、バンドギャップに相当する波長の光が、比較的狭い半値幅のピークとして得られることである。しかしながら、波長変換物質として提案されている量子ドットのうち、バンドギャップに相当する波長の光、すなわちバンド端発光が確認されているものは、CdSe等の第12族−第14族に代表される二元系の半導体からなる量子ドットである。しかし、三元系の量子ドット、特に、第11族−第13族−第16族の量子ドットについてはバンド端発光が確認されていない。   One of the advantages of using quantum dots in light emitting devices is that light of a wavelength corresponding to the band gap can be obtained as a relatively narrow half width peak. However, among the quantum dots proposed as a wavelength conversion substance, light of a wavelength corresponding to the band gap, that is, one whose band edge emission has been confirmed is represented by Group 12 to Group 14 such as CdSe. It is a quantum dot consisting of a binary semiconductor. However, band edge emission has not been confirmed for ternary quantum dots, in particular, quantum dots of group 11-group 13-group 16.

第11族−第13族−第16族の量子ドットから発せられる光は、粒子表面や内部の欠陥準位、あるいはドナー・アクセプター対再結合に由来するものであるために、発光ピークがブロードであって半値幅が広く、その発光寿命も長いものである。そのような発光は、特に液晶表示装置で用いる発光デバイスには適していない。液晶表示装置に用いる発光デバイスに対しては、高い色再現性を確保するために、三原色(RGB)に対応するピーク波長を有する半値幅の狭い発光が要求されるからである。そのため、三元系の量子ドットは、低毒性の組成とし得るにもかかわらず、その実用化は進んでいない。   The light emitted from the group 11-group 13-group 16 quantum dots has a broad emission peak because it originates from defect levels on the particle surface or inside or from donor-acceptor pair recombination. Therefore, the half width is wide and the light emission life is also long. Such light emission is not particularly suitable for light emitting devices used in liquid crystal display devices. This is because light emission with a narrow half bandwidth having peak wavelengths corresponding to three primary colors (RGB) is required for a light emitting device used for a liquid crystal display device in order to ensure high color reproducibility. Therefore, although ternary quantum dots can be made to have a low toxicity composition, their practical use has not been advanced.

本発明に係る実施形態は、低毒性の組成とし得る三元系ないし四元系の量子ドットからバンド端発光が得られる構成を備えた、半導体ナノ粒子及びその製造方法を提供することを目的とする。   Embodiments of the present invention aim to provide a semiconductor nanoparticle and a method of manufacturing the same, which has a configuration in which band edge emission can be obtained from ternary or quaternary quantum dots that can have a low toxicity composition. Do.

本発明に係る実施形態は、コアと、前記コアの表面を覆い前記コアよりもバンドギャップエネルギーが大きくかつ前記コアとヘテロ接合するシェルと、を備え、光が照射されると発光する半導体ナノ粒子であって、前記コアが、M、M、およびZを含む半導体であって、Mが、Ag、CuおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Mが、Al、Ga、InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Zが、S、SeおよびTeからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である半導体からなり、前記シェルが、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体である半導体ナノ粒子である。 An embodiment according to the present invention comprises a core, and a shell covering the surface of the core and having a band gap energy larger than that of the core and having a heterojunction with the core, and emitting light when irradiated with light. The core is a semiconductor containing M 1 , M 2 and Z, M 1 is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu and Au, and M 2 is Al And at least one element selected from the group consisting of Ga, In and Tl, and Z is at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te, and the shell is substantially composed of It is a semiconductor nanoparticle which is a semiconductor which consists of a group 13 element and a group 16 element.

さらに、本発明に係る実施形態は、M、M、およびZを含む半導体であって、Mが、Ag、CuおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Mが、Al、Ga、InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Zが、S、SeおよびTeからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である半導体からなる一次半導体ナノ粒子を、溶媒中に分散させた分散液を準備すること、
前記分散液に、第13族元素を含む化合物および第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物を加えて、前記一次半導体ナノ粒子の表面に、実質的に前記第13族元素と前記第16族元素をとからなる半導体の層を形成することを含む、半導体ナノ粒子の製造方法である。
Furthermore, an embodiment according to the present invention is a semiconductor containing M 1 , M 2 and Z, wherein M 1 is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu and Au, and M 2 is A semiconductor comprising at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, In and Tl, and Z being at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te; Preparing a dispersion dispersed in a solvent,
A compound containing a Group 13 element and a single substance of a Group 16 element or a compound containing a Group 16 element are added to the dispersion, and the Group 13 element and the substance are substantially added to the surface of the primary semiconductor nanoparticle. A method for producing semiconductor nanoparticles, comprising forming a layer of a semiconductor comprising a Group 16 element.

本発明に係る実施形態の半導体ナノ粒子は、特定の三元系の半導体からなるコアの表面が、当該半導体よりもバンドギャップエネルギーが大きい、第13族元素および第16族元素を含む半導体からなるシェルで覆われていることを特徴とする。この特徴により、当該三元系の量子ドットでは従来得られなかった、発光寿命の短い発光、すなわちバンド端発光が得られることを可能にしている。この半導体ナノ粒子は、コアおよびシェルの両方を、毒性が高いとされているCdおよびPbを含まない組成のものとすることができ、Cd等の使用が禁じられている製品等にも適用可能である。したがって、この半導体ナノ粒子は、液晶表示装置等に用いる発光デバイスの波長変換物質として、また、生体分子マーカーとして好適に用いることができる。さらに、上記の半導体ナノ粒子の製造方法によれば、バンド端発光を与える三元系の半導体ナノ粒子を比較的簡易に製造することが可能となる。   In the semiconductor nanoparticle of the embodiment according to the present invention, the surface of the core made of a specific ternary semiconductor is made of a semiconductor containing a Group 13 element and a Group 16 element having a larger band gap energy than the semiconductor. It is characterized by being covered with a shell. This feature makes it possible to obtain emission with a short emission lifetime, that is, band edge emission, which has not been conventionally obtained with the ternary quantum dots. This semiconductor nanoparticle can be made to have a composition that does not contain Cd and Pb that are considered to be highly toxic, and is also applicable to products for which the use of Cd or the like is prohibited. It is. Therefore, this semiconductor nanoparticle can be suitably used as a wavelength conversion material of a light emitting device used for a liquid crystal display etc., and as a biomolecule marker. Furthermore, according to the above-described method for producing semiconductor nanoparticles, it is possible to relatively easily produce ternary semiconductor nanoparticles giving band edge emission.

実施例1で作製した一次半導体ナノ粒子(コア)のXRDパターンである。It is a XRD pattern of the primary semiconductor nanoparticle (core) produced in Example 1. 実施例1で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。It is the emission spectrum of the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure produced in Example 1. FIG. 実施例1で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の吸収および励起スペクトルである。It is an absorption and excitation spectrum of the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure produced in Example 1. FIG. 実施例1で作製した一次半導体ナノ粒子(コア)の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the primary semiconductor nanoparticle (core) produced in Example 1. 実施例1で作製した一次半導体ナノ粒子(コア)の吸収スペクトルである。It is an absorption spectrum of the primary semiconductor nanoparticle (core) produced in Example 1. 実施例2で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。FIG. 7 is an emission spectrum of the core-shell structured semiconductor nanoparticle produced in Example 2. FIG. 実施例2で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の吸収および励起スペクトルである。FIG. 7 is an absorption and excitation spectrum of the core-shell structured semiconductor nanoparticle produced in Example 2. FIG. 実施例3で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。FIG. 7 shows an emission spectrum of the core-shell structured semiconductor nanoparticle produced in Example 3. FIG. 実施例3で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の吸収および励起スペクトルである。FIG. 16 is an absorption and excitation spectrum of the core-shell structured semiconductor nanoparticle produced in Example 3. FIG. 比較例1で作製した半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。It is the emission spectrum of the semiconductor nanoparticle produced by the comparative example 1. FIG. 比較例1で作製した半導体ナノ粒子の吸収スペクトルである。It is an absorption spectrum of the semiconductor nanoparticle produced by the comparative example 1. FIG. 実施例4A〜4Dで作製した半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the semiconductor nanoparticle produced by Example 4A-4D. 実施例5A〜5Fで作製した半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the semiconductor nanoparticle produced by Example 5A-5F. 実施例4A〜4D、実施例5A〜5Fで作製した半導体ナノ粒子のバンド端発光のピーク強度と、保持時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relation between the peak intensity of band edge luminescence of semiconductor nanoparticles produced in Examples 4A to 4D and Examples 5A to 5F and the retention time. 実施例4A〜4D、実施例5A〜5Fで作製した半導体ナノ粒子のバンド端発光のピーク波長と、保持時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the peak wavelength of band edge emission of the semiconductor nanoparticle produced by Example 4A-4D and Example 5A-5F, and retention time. 実施例5Fで作製した半導体ナノ粒子のHRTEM像である。It is a HRTEM image of the semiconductor nanoparticle produced by Example 5F. 実施例5Fで作製した半導体ナノ粒子のHAADF像である。It is an HAADF image of the semiconductor nanoparticle produced by Example 5F. 実施例6で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の発光スペクトルである。FIG. 16 is an emission spectrum of the core-shell structured semiconductor nanoparticle produced in Example 6. FIG. 実施例6で作製したコアシェル構造の半導体ナノ粒子の吸収スペクトルである。7 is an absorption spectrum of the core-shell structured semiconductor nanoparticle produced in Example 6. FIG.

以下、実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す形態に限定されるものではない。また、各実施形態およびその変形例において説明した事項は、特に断りのない限り、他の実施形態および変形例にも適用することができる。   Hereinafter, embodiments will be described in detail. However, the present invention is not limited to the mode shown below. Further, the matters described in each of the embodiments and the modifications thereof can be applied to the other embodiments and modifications unless otherwise noted.

(本実施形態の概要)
本発明者らは、三元系の量子ドット、特に、第11族−第13族−第16族の量子ドットであって、一般的な製造方法で製造されたものについては、バンド端発光が確認されていなかったために、この量子ドットからバンド端発光を得るための構成を検討した。その検討の過程で、本発明者らは、三元系ないし四元系の量子ドットの表面の状態を変化させることによって、バンド端発光が得られる可能性を検討し、特に、該量子ドットの表面を適当な半導体で被覆することによって表面状態を変化させることを検討した。その結果、第13族元素と第16元素とを含む半導体で、三元系ないし四元系の量子ドットを被覆することにより、当該量子ドットからバンド端発光が得られることを見出し、本実施形態に至った。
なお、バンド端発光が確認されているCdSeについては、そのバンド端発光をより強くするために、その表面をCdS等で被覆する構成が既に提案されている。また、三元系の量子ドットについても、その表面をZnSまたはZnSe等で被覆する構成が提案されている。しかしながら、バンド端発光を生じない又は発光スペクトルにおいてバンド端発光がほとんど観測されない三元系ないし四元系の量子ドットをコアとし、当該コアの表面を、特定の半導体から成るシェルで被覆することによって、バンド端発光が得られるようになったという報告はこれまでのところなされていない。
(Outline of this embodiment)
The present inventors have found that there is band-edge emission for ternary quantum dots, in particular, for group 11-group 13-group 16 quantum dots, which are manufactured by a general manufacturing method. Since it has not been confirmed, the configuration for obtaining band edge emission from this quantum dot was examined. In the process of the study, the inventors examined the possibility that band edge emission can be obtained by changing the state of the surface of the ternary to quaternary quantum dots, and in particular, It was studied to change the surface condition by coating the surface with an appropriate semiconductor. As a result, it has been found that band edge light emission can be obtained from the quantum dots by covering a ternary or quaternary quantum dot with a semiconductor containing a Group 13 element and a sixteenth element, and this embodiment It came to
In addition, about CdSe in which band end light emission is confirmed, in order to make the band end light emission stronger, the structure which coat | covers the surface with CdS etc. is already proposed. In addition, a configuration in which the surface of a ternary quantum dot is coated with ZnS or ZnSe is also proposed. However, by using ternary or quaternary quantum dots as cores whose band edge emission does not occur or band edge emission is hardly observed in the emission spectrum, the surface of the core is covered with a shell made of a specific semiconductor. There has been no report so far that band edge emission can be obtained.

本実施形態の半導体ナノ粒子は、M、M、およびZを含む半導体であって、Mが、Ag、CuおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Mが、Al、Ga、InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Zが、S、SeおよびTeからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である半導体からなるコアの表面を、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体であり、コアよりも大きなバンドギャップエネルギーを有するシェルが覆い、当該シェルがコアとヘテロ接合している構成を有する。以下においては、まず、コア(三元系および四元系)ならびにシェルについて説明する。 The semiconductor nanoparticle of this embodiment is a semiconductor containing M 1 , M 2 and Z, wherein M 1 is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu and Au, and M 2 is The surface of a core comprising a semiconductor comprising at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, In and Tl, and Z being at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te A semiconductor comprising a Group 13 element and a Group 16 element is covered by a shell having a band gap energy larger than that of the core, and the shell is in a heterojunction with the core. In the following, first, the core (ternary system and quaternary system) and the shell will be described.

[コア]
(三元系のコア)
三元系の半導体から成るコアは、M、M、およびZを含む半導体から成り、それ自体粒子の形態をとるものであるから、半導体ナノ粒子である。
ここで、Mは、Ag、CuおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、好ましくはAgまたはCuであり、特に好ましくはAgである。MがAgであると、コア(後述する製造方法で用いられる一次半導体ナノ粒子に相当する)の合成が容易となる。Mとして二以上の元素が含まれていてよい。
コアの結晶構造は、正方晶、六方晶、または斜方晶からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。
[core]
(Ternary core)
The core consisting of a ternary semiconductor is a semiconductor nanoparticle because it consists of a semiconductor containing M 1 , M 2 and Z and is itself in the form of particles.
Here, M 1 is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu and Au, preferably Ag or Cu, and particularly preferably Ag. When M 1 is Ag, synthesis of the core (corresponding to primary semiconductor nanoparticles used in the production method described later) is facilitated. Two or more elements may be contained as M 1 .
The crystal structure of the core may be at least one selected from the group consisting of tetragonal, hexagonal and orthorhombic.

は、Al、Ga、InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、好ましくはIn、またはGaであり、特に好ましくはInである。Inは副生成物を生じにくいことから好ましい。Mとして二以上の元素が含まれていてよい。 M 2 is at least one element selected from the group consisting of Al, Ga, In and Tl, preferably In or Ga, and particularly preferably In. In is preferable because it hardly generates a by-product. Two or more elements may be contained as M 2 .

Zは、S、SeおよびTeからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、好ましくはSである。ZがSであるコアはZがSeやTeであるものと比較してバンドギャップが広くなるため、可視光領域の発光を与えやすいことから好ましい。Zとして二以上の元素が含まれていてよい。   Z is at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te, preferably S. The core in which Z is S has a wider band gap as compared with the core in which Z is Se or Te, and thus it is preferable because light emission in the visible light region is easily given. Two or more elements may be contained as Z.

、MおよびZの組み合わせは特に限定されない。M、MおよびZの組み合わせ(M/M/Z)は、好ましくは、Cu/In/S、Ag/In/S、Ag/In/Se、およびAg/Ga/Sである。 The combination of M 1 , M 2 and Z is not particularly limited. The combination of M 1 , M 2 and Z (M 1 / M 2 / Z) is preferably Cu / In / S, Ag / In / S, Ag / In / Se, and Ag / Ga / S.

上記特定の元素を含み、かつその結晶構造が正方晶、六方晶、または斜方晶である半導体は、一般的には、Mの組成式で表されるものとして、文献等において紹介されている。なお、Mの組成式で表される半導体であって、六方晶の結晶構造を有するものはウルツ鉱型であり、正方晶の結晶構造を有する半導体はカルコパイライト型である。結晶構造は、例えば、X線回折(XRD)により得られるXRDパターンを測定することによって同定される。具体的には、コアから得られたXRDパターンを、Mの組成で表される半導体ナノ粒子のものとして既知のXRDパターン、または結晶構造パラメータからシミュレーションを行って求めたXRDパターンと比較する。既知のパターンおよびシミュレーションのパターンの中に、コアのパターンと一致するものがあれば、当該半導体ナノ粒子の結晶構造は、その一致した既知またはシミュレーションのパターンの結晶構造であるといえる。
半導体ナノ粒子の集合体においては、コアの結晶構造が異なる複数種の半導体ナノ粒子が混在していてよい。その場合、XRDパターンにおいては、複数の結晶構造に由来するピークが観察される。
A semiconductor that contains the above specific element and whose crystal structure is tetragonal, hexagonal, or orthorhombic is generally represented by the composition formula of M 1 M 2 Z 2 , the literature, etc. It is introduced in A semiconductor represented by the composition formula of M 1 M 2 Z 2 which has a hexagonal crystal structure is a wurtzite type, and a semiconductor having a tetragonal crystal structure is a chalcopyrite type. The crystal structure is identified, for example, by measuring the XRD pattern obtained by X-ray diffraction (XRD). Specifically, an XRD pattern obtained by simulating an XRD pattern obtained from the core, which is known as that of a semiconductor nanoparticle represented by the composition of M 1 M 2 Z 2 , or a crystal structure parameter Compare with. If the known pattern and the simulated pattern match the core pattern, the crystalline structure of the semiconductor nanoparticle can be said to be the crystalline structure of the matched known or simulated pattern.
In the aggregate of semiconductor nanoparticles, plural types of semiconductor nanoparticles having different core crystal structures may be mixed. In that case, peaks derived from a plurality of crystal structures are observed in the XRD pattern.

尤も、三元系の半導体から成るコアは、実際には、上記一般式で表される化学量論組成のものではなく、特にMの原子数対Mの原子数の比(M/M)が1よりも小さくなる。また、Mの原子数とMの原子数の和が、Zの原子数と同じとはならないことがある。本実施形態の半導体ナノ粒子において、三元系の半導体から成るコアは、そのような非化学量論組成の半導体から成るものであってよい。本明細書では、特定の元素を含む半導体について、それが化学量論組成であるか否かを問わない場面では、M−M−Zのように、構成元素を「−」でつないだ式で半導体組成を表す。 However, a core composed of a ternary semiconductor is not actually of the stoichiometric composition represented by the above general formula, and in particular, the ratio of the number of atoms of M 1 to the number of atoms of M 2 (M 1 / M 2 ) is smaller than one. Also, the sum of the number of atoms of M 1 and the number of atoms of M 2 may not be the same as the number of atoms of Z. In the semiconductor nanoparticle of the present embodiment, the core made of a ternary semiconductor may be made of such a non-stoichiometric semiconductor. In the present specification, for a semiconductor containing a specific element, “-” is used to connect constituent elements as in the case of M 1 -M 2 -Z, regardless of whether it is the stoichiometric composition or not. The semiconductor composition is represented by the equation.

コアは、M、MおよびZのみから実質的に成っていてよい。ここで「実質的に」という用語は、不純物の混入等に起因して不可避的にM、MおよびZ以外の元素が含まれることを考慮して使用している。 The core may consist essentially of only M 1 , M 2 and Z. Here, the term "substantially" is used in consideration of unavoidable inclusion of elements other than M 1 , M 2 and Z due to the mixing of impurities and the like.

あるいは、コアは他の元素を含んでいてよい。例えば、Mの一部は他の金属元素により置換されていてよい。他の金属元素は+3価の金属イオンになるものであってよく、具体的には、Cr、Fe、Al、Y、Sc、La、V、Mn、Co、Ni、Ga、In、Rh、Ru、Mo、Nb、W、Bi、AsおよびSbから選択される一または複数の元素であってよい。その置換量は、Mと置換元素とを合わせた原子の数を100%としたときに、10%以下であることが好ましい。 Alternatively, the core may contain other elements. For example, part of M 2 may be substituted by another metal element. The other metal element may be a +3 metal ion, specifically, Cr, Fe, Al, Y, Sc, La, V, Mn, Co, Ni, Ga, In, Rh, Ru , One or more elements selected from Mo, Nb, W, Bi, As and Sb. The amount of substitution is preferably 10% or less, where the number of atoms combining M 2 and a substitution element is 100%.

(四元系のコア)
四元系の半導体から成るコアは、M、M、M、およびZを含む半導体からなり、三元系の半導体から成るコアと同様、それ自身半導体ナノ粒子である。四元系の半導体からなるコアの結晶構造は、正方晶、六方晶、または斜方晶からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。ナノ粒子の集合体においては、コアの結晶構造が異なる複数種のナノ粒子が混在していてよい。その場合、XRDパターンにおいては、複数の結晶構造に由来するピークが観察される。
、MおよびZは、三元系のコアに関連して説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。
は、ZnおよびCdからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である。Mは好ましくはZnである。MがZnであれば、本実施形態の半導体ナノ粒子を低毒性の組成のものとして提供できる。またCdを採用した場合においても、Cdを用いた二元系のコアと比べてCdの量を減らすことができることから、低毒性の組成のものとして提供できる。
(Quaternary core)
The core composed of a quaternary semiconductor is composed of a semiconductor containing M 1 , M 2 , M 3 and Z, and is itself a semiconductor nanoparticle like the core composed of a ternary semiconductor. The crystal structure of the core made of a quaternary semiconductor may be at least one selected from the group consisting of tetragonal, hexagonal and orthorhombic. In an assembly of nanoparticles, plural types of nanoparticles having different core crystal structures may be mixed. In that case, peaks derived from a plurality of crystal structures are observed in the XRD pattern.
Since M 1 , M 2 and Z are as described in relation to the ternary core, their description is omitted here.
M 3 is at least one element selected from the group consisting of Zn and Cd. M 3 is preferably Zn. If M 3 is Zn, the semiconductor nanoparticles of the present embodiment can be provided as having a low toxicity composition. In addition, even when Cd is employed, the amount of Cd can be reduced as compared to a binary core using Cd, and therefore, it can be provided as a composition having a low toxicity.

、M、MおよびZの組み合わせ(M/M/M/Z)は、特に限定されない。M、M、MおよびZの組み合わせ(M/M/M/Z)は好ましくは、Cu/In/Zn/S、Ag/In/Zn/Sである。 The combination of M 1 , M 2 , M 3 and Z (M 1 / M 2 / M 3 / Z) is not particularly limited. The combination of M 1 , M 2 , M 3 and Z (M 1 / M 2 / M 3 / Z) is preferably Cu / In / Zn / S, Ag / In / Zn / S.

上記特定の四種類の元素を含み、かつその結晶構造が正方晶、六方晶、または斜方晶である半導体は、一般的には、(M (式中、x+y=2)の組成式で表されるものとして、文献等において紹介されている。すなわち、この組成式で表される半導体は、三元系の半導体から成るコアに関連して説明したMの組成式で表される半導体においてMがドープされたもの、またはMとMZとが固溶体を形成しているものであるといえる。 In general, a semiconductor that contains the above four specific elements and whose crystal structure is tetragonal, hexagonal, or orthorhombic is (M 1 M 2 ) x M 3 y Z 2 (wherein , X + y = 2) are introduced in the literature and the like. That is, the semiconductor represented by this composition formula is one in which M 3 is doped in the semiconductor represented by the composition formula of M 1 M 2 Z 2 described in relation to the core composed of the ternary semiconductor, or It can be said that M 1 M 2 Z 2 and M 3 Z form a solid solution.

四元系の半導体から成る場合にも、実際には、コアは上記一般式で表される化学量論組成のものではなく、特にMの原子数対Mの原子数の比(M/M)が1よりも小さくなる。また、x+yも2とはならないことがある。本実施形態の半導体ナノ粒子において、四元系の半導体から成るコアは、そのような非化学量論組成の半導体から成るものであってよい。よって、本明細書では、四元系の半導体についても、それが化学量論組成であるか否かを問わない場面では、M−M−M−Zのように、構成元素を「−」でつないだ式で半導体組成を表すことがある。
四元系の半導体の結晶構造の同定方法は、三元系の半導体から成るコアに関連して説明したとおりである。
Even when made of a semiconductor of a four-component, in fact, the core and not of the stoichiometric composition represented by the above general formula, in particular the ratio of the number of atoms atoms pairs M 2 of M 1 (M 1 / M 2 ) is smaller than one. Also, x + y may not be 2. In the semiconductor nanoparticle of the present embodiment, the core made of quaternary semiconductor may be made of such a non-stoichiometric semiconductor. Therefore, in the present specification, even in the case of a quaternary semiconductor, it does not matter whether it has a stoichiometric composition or not, as in the case of M 1 -M 2 -M 3 -Z, the constituent elements The semiconductor composition may be expressed by a formula connected by "-".
The method of identifying the crystal structure of the quaternary semiconductor is as described in relation to the core made of the ternary semiconductor.

四元系の半導体から成るコアは、M、M、MおよびZのみから実質的に成っている。ここで「実質的に」という用語は、不純物の混入等に起因して不可避的にM、M およびZ以外の元素が含まれることを考慮して使用している。あるいは、四元系の半導体から成るコアは、他の元素を含んでいてよい。 The core consisting of a quaternary semiconductor substantially consists only of M 1 , M 2 , M 3 and Z. Here, the term "substantially" is used in consideration of unavoidable inclusion of elements other than M 1 , M 2 , M 3 and Z due to the contamination of impurities and the like. Alternatively, the core made of quaternary semiconductor may contain other elements.

例えば、Mの一部は他の金属元素により置換されていてよい。他の金属元素の例およびその置換量は三元系のコアに関連して説明したとおりであるから、ここではその説明を省略する。 For example, part of M 2 may be substituted by another metal element. Examples of the other metal elements and their substitution amounts are as described in relation to the ternary core, and thus the description thereof is omitted here.

加えて/あるいは、Mの一部が他の金属元素により置換されていてよい。他の金属元素は+2価の金属イオンになるものであってよく、具体的には、Co、Ni、Pd、Sr、Ba、Fe、Cr、Mn、Cu、Cd、Rh、W、Ru、Pb、Sn、MgおよびCaから選ばれる少なくとも一種の元素であってよい。その置換量は、Mと置換元素とを合わせた原子の数を100%としたときに、10%以下であることが好ましい。 In addition / or a part of M 3 may be replaced by another metal element. The other metal element may be a +2 metal ion, and specifically, Co, Ni, Pd, Sr, Ba, Fe, Cr, Mn, Cu, Cd, Rh, W, Ru, Pb And at least one element selected from Sn, Mg and Ca. The amount of substitution is preferably 10% or less, where the number of atoms combining M 3 and a substitution element is 100%.

[シェル]
本実施形態において、シェルは、コアを構成する半導体よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体であって、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体である。第13族元素としては、B、Al、Ga、In、およびTlが挙げられ、第16族元素としては、O、S、Se、TeおよびPoが挙げられる。シェルを構成する半導体には、第13族元素が1種類だけ、または2種類以上含まれてよく、第16族元素が1種類だけ、または2種類以上含まれていてもよい。具体的には、「実質的に」とは、シェルに含まれるすべての元素の原子数の合計を100%としたときに、第13族元素および第16族元素以外の元素の割合が例えば5%以下であることを示す。
[shell]
In the present embodiment, the shell is a semiconductor having a band gap energy larger than that of the semiconductor constituting the core, and is a semiconductor substantially composed of a Group 13 element and a Group 16 element. The Group 13 elements include B, Al, Ga, In, and Tl, and the Group 16 elements include O, S, Se, Te, and Po. The semiconductor constituting the shell may contain only one type or two or more types of Group 13 elements, and may contain only one type or two or more types of Group 16 elements. Specifically, “substantially” means that the ratio of elements other than the Group 13 element and the Group 16 element is, for example, 5 when the total number of atoms of all the elements contained in the shell is 100%. It shows that it is less than%.

コアを構成する半導体のバンドギャップエネルギーはその組成にもよるが、第11族−第13族−第16族の三元系の半導体ないしはこれをベースとする四元系の半導体は一般に、1.0eV〜3.5eVのバンドギャップエネルギーを有し、特に、Ag−In−Sから成る半導体は、1.8eV〜1.9eVのバンドギャップエネルギーを有し、Ag−In−Zn−Sから成る半導体は、1.8eV〜3.9eVのバンドギャップエネルギーを有する。したがって、シェルは、コアを構成する半導体のバンドギャップエネルギーに応じて、その組成等を選択して構成するとよい。あるいは、シェルの組成等が先に決定されている場合には、コアを構成する半導体のバンドギャップエネルギーがシェルのそれよりも小さくなるように、コアを設計してよい。   Although the band gap energy of the semiconductor constituting the core depends on the composition thereof, a group 11-group 13-group 16 ternary semiconductor or a quaternary semiconductor based on this is generally one. A semiconductor having a band gap energy of 0 eV to 3.5 eV, in particular consisting of Ag-In-S, has a band gap energy of 1.8 eV to 1.9 eV and is a semiconductor consisting of Ag-In-Zn-S Have a band gap energy of 1.8 eV to 3.9 eV. Therefore, the shell may be configured by selecting the composition and the like according to the band gap energy of the semiconductor that constitutes the core. Alternatively, the core may be designed such that the band gap energy of the semiconductor constituting the core is smaller than that of the shell, if the composition of the shell and the like are previously determined.

具体的には、シェルは、例えば2.0eV〜5.0eV、特に2.5eV〜5.0eVのバンドギャップエネルギーを有してよい。また、シェルのバンドギャップエネルギーは、コアのバンドギャップエネルギーよりも、例えば0.1eV〜3.0eV程度、特に0.3eV〜3.0eV程度、より特には0.5eV〜1.0eV程度大きいものであってよい。シェルのバンドギャップエネルギーとコアのバンドギャップエネルギーとの差が小さいと、コアからの発光において、バンド端発光以外の発光の割合が多くなり、バンド端発光の割合が小さくなることがある。   Specifically, the shell may have a band gap energy of, for example, 2.0 eV to 5.0 eV, in particular 2.5 eV to 5.0 eV. In addition, the band gap energy of the shell is larger than that of the core by, for example, about 0.1 eV to 3.0 eV, particularly about 0.3 eV to 3.0 eV, and more particularly about 0.5 eV to 1.0 eV It may be. When the difference between the band gap energy of the shell and the band gap energy of the core is small, the ratio of light emission other than the band edge light emission may increase in the light emission from the core, and the band edge light emission ratio may be small.

さらに、コアおよびシェルのバンドギャップエネルギーは、コアとシェルのヘテロ接合において、シェルのバンドギャップエネルギーがコアのバンドギャップエネルギーを挟み込むtype−Iのバンドアライメントを与えるように選択されることが好ましい。type−Iのバンドアライメントが形成されることにより、コアからのバンド端発光をより良好に得ることができる。type−Iのアライメントにおいて、コアのバンドギャップとシェルのバンドギャップとの間には、少なくとも0.1eVの障壁が形成されることが好ましく、特に0.2eV以上、より特には0.3eV以上の障壁が形成されてよい。障壁の上限は、例えば1.8eVであり、特に1.1eVである。障壁が小さいと、コアからの発光において、バンド端発光以外の発光の割合が多くなり、バンド端発光の割合が小さくなることがある。   Furthermore, the band gap energies of the core and shell are preferably selected such that at the core-shell heterojunction, the band gap energy of the shell provides a type-I band alignment that sandwiches the band gap energy of the core. By forming the type-I band alignment, band edge emission from the core can be better obtained. In type-I alignment, a barrier of at least 0.1 eV is preferably formed between the band gap of the core and the band gap of the shell, in particular 0.2 eV or more, more particularly 0.3 eV or more A barrier may be formed. The upper limit of the barrier is, for example, 1.8 eV, in particular 1.1 eV. When the barrier is small, in the light emission from the core, the ratio of light emission other than the band edge light emission may be increased, and the ratio of the band edge light emission may be decreased.

本実施形態において、シェルは、第13族元素としてInまたはGaを含むものであってよい。また、本実施形態において、シェルは、第16族元素としてSを含むものであってよい。InまたはGaを含む、あるいはSを含む半導体は、第11族−第13族−第16族の三元系の半導体よりも大きいバンドギャップエネルギーを有する半導体となる傾向にある。   In the present embodiment, the shell may contain In or Ga as a Group 13 element. In addition, in the present embodiment, the shell may contain S as a Group 16 element. A semiconductor containing In or Ga or containing S tends to be a semiconductor having a band gap energy larger than that of a group 11-group 13-group 16 ternary semiconductor.

シェルはまた、その半導体の晶系がコアの半導体の晶系となじみのあるものであってよく、またその格子定数が、コアの半導体のそれと同じまたは近いものであってよい。晶系になじみがあり、格子定数が近い(ここでは、シェルの格子定数の倍数がコアの格子定数に近いものも格子定数が近いものとする)半導体からなるシェルは、コアの周囲を良好に被覆することがある。例えば、第11族−第13族−第16族の三元系の半導体であるAg−In−Sは、一般に正方晶系であるが、これになじみのある晶系としては、正方晶系、斜方晶系が挙げられる。Ag−In−S半導体が正方晶系である場合、その格子定数は5.828Å、5.828Å、11.19Åであり、これを被覆するシェルは、正方晶系または立方晶系であって、その格子定数またはその倍数が、Ag−In−S半導体の格子定数と近いものであることが好ましい。
あるいは、シェルはアモルファス(非晶質)であってもよい。
The shell may also be one in which the crystal system of the semiconductor conforms to that of the semiconductor of the core, and the lattice constant may be the same as or similar to that of the semiconductor of the core. A shell made of a semiconductor which is familiar with the crystal system and whose lattice constant is close (here, the lattice constant of the shell is close to the lattice constant of the core is close to that of the core) has good core circumference. May cover. For example, Ag-In-S which is a ternary semiconductor of Group 11-Group 13-Group 16 is generally a tetragonal system, but as a crystal system familiar to this, a tetragonal system, An orthorhombic system is mentioned. When the Ag-In-S semiconductor is tetragonal, its lattice constant is 5.828 Å, 5.828 Å, 11.19 Å, and the shell covering it is tetragonal or cubic. Preferably, the lattice constant or a multiple thereof is close to the lattice constant of the Ag-In-S semiconductor.
Alternatively, the shell may be amorphous (amorphous).

アモルファス(非晶質)のシェルが形成されているか否かは、本実施形態のコアシェル構造の半導体ナノ粒子を、HAADF−STEMで観察することにより確認できる。具体的には、規則的な模様(例えば、縞模様ないしはドット模様等)を有する部分が中心部に観察され、その周囲に規則的な模様を有するものとしては観察されない部分がHAADF−STEMにおいて観察される。HAADF−STEMによれば、結晶性物質のように規則的な構造を有するものは、規則的な模様を有する像として観察され、非晶性物質のように規則的な構造を有しないものは、規則的な模様を有する像としては観察されない。そのため、シェルがアモルファスである場合には、規則的な模様を有する像として観察されるコア(前記のとおり、正方晶系等の結晶構造を有する)とは明確に異なる部分として、シェルを観察することができる。   Whether or not an amorphous (amorphous) shell is formed can be confirmed by observing the semiconductor nanoparticles of the core-shell structure of the present embodiment by HAADF-STEM. Specifically, a part having a regular pattern (for example, a stripe pattern or a dot pattern) is observed in the center, and a part not observed as having a regular pattern around it is observed in HAADF-STEM. Be done. According to HAADF-STEM, those having a regular structure such as crystalline material are observed as an image having a regular pattern, and those having no regular structure such as an amorphous material are: It is not observed as an image having a regular pattern. Therefore, when the shell is amorphous, the shell is observed as a distinctly different part from the core (having a crystal structure such as tetragonal system as described above) observed as an image having a regular pattern be able to.

また、コアがAg−In−Sからなり、シェルがGaSからなる場合、GaがAgおよびInよりも軽い元素であるために、HAADF−STEMで得られる像において、シェルはコアよりも暗い像として観察される傾向にある。   Also, when the core is made of Ag-In-S and the shell is made of GaS, the shell is darker than the core in the image obtained by HAADF-STEM because Ga is an element lighter than Ag and In. It tends to be observed.

アモルファスのシェルが形成されているか否かは、高解像度の透過型電子顕微鏡(HRTEM)で本実施形態のコアシェル構造の半導体ナノ粒子を観察することによっても確認できる。HRTEMで得られる画像において、コアの部分は結晶格子像(規則的な模様を有する像)として観察され、シェルの部分は結晶格子像として観察されず、白黒のコントラストは観察されるが、規則的な模様は見えない部分として観察される。   Whether or not an amorphous shell is formed can also be confirmed by observing the semiconductor nanoparticles of the core-shell structure of the present embodiment with a high resolution transmission electron microscope (HRTEM). In the image obtained by HRTEM, a portion of the core is observed as a crystal lattice image (image having a regular pattern), a portion of the shell is not observed as a crystal lattice image, and a black and white contrast is observed. The pattern is observed as an invisible part.

一方、シェルはコアと固溶体を構成しないものであることが好ましい。シェルがコアと固溶体を形成すると両者が一体のものとなり、シェルによりコアを被覆して、コアの表面状態を変化させることによりバンド端発光を得るという、本実施形態のメカニズムが得られなくなる。例えば、Ag−In−Sからなるコアの表面を、化学量論組成ないしは非化学量論組成の硫化亜鉛(Zn−S)で覆っても、コアからバンド端発光が得られないことが確認されている。Zn−Sは、Ag−In−Sとの関係では、バンドギャップエネルギーに関して上記の条件を満たし、type−1のバンドアライメントを与えるものである。それにもかかわらず、前記特定の半導体からバンド端発光が得られなかったのは、前記特定の半導体とZnSとが固溶体を形成して、コア−シェルの界面が無くなったことによると推察される。   On the other hand, it is preferable that the shell does not constitute a solid solution with the core. When the shell forms a solid solution with the core, both become integral and the mechanism of the present embodiment of covering the core with the shell and changing the surface state of the core to obtain band edge emission can not be obtained. For example, it is confirmed that band edge emission can not be obtained from the core even if the surface of the core made of Ag-In-S is covered with zinc sulfide (Zn-S) of the stoichiometric composition or non-stoichiometric composition. ing. Zn-S satisfies the above condition in terms of the band gap energy in relation to Ag-In-S, and gives a type-1 band alignment. Nevertheless, it is inferred that the band edge emission could not be obtained from the particular semiconductor because the particular semiconductor and ZnS form a solid solution and the core-shell interface disappears.

シェルは、第13族元素および第16族元素の組み合わせとして、InとSの組み合わせ、GaとSとの組み合わせ、またはInとGaとSとの組み合わせを含んでよいが、これらに限定されるものではない。InとSとの組み合わせは硫化インジウムの形態であってよく、また、GaとSとの組み合わせは硫化ガリウムの形態であってよく、また、InとGaとSの組み合わせは硫化インジウムガリウムであってよい。本実施形態においてシェルを構成する硫化インジウムは、化学量論組成のもの(In)でなくてよく、その意味で、本明細書では硫化インジウムを式InS(xは整数に限られない任意の数字、例えば0.8〜1.5)で表すことがある。同様に、硫化ガリウムは化学量論組成のもの(Ga)でなくてよく、その意味で、本明細書では硫化ガリウムを式GaS(xは整数に限られない任意の数字、例えば0.8〜1.5)で表すことがある。硫化インジウムガリウムは、In2(1−y)Ga2y(yは0よりも大きく1未満である任意の数字)で表される組成のものであってよく、あるいは、InGa1−a(aは0よりも大きく1未満である任意の数字であり、bは整数に限られない任意の数値である)で表されるものであってよい。 The shell may include, but is limited to, a combination of In and S, a combination of Ga and S, or a combination of In, Ga and S as a combination of Group 13 elements and Group 16 elements. is not. The combination of In and S may be in the form of indium sulfide, the combination of Ga and S may be in the form of gallium sulfide, and the combination of In, Ga and S is indium gallium sulfide Good. The indium sulfide constituting the shell in this embodiment may not be of the stoichiometric composition (In 2 S 3 ), and in that sense, in the present specification, the indium sulfide is limited to the formula InS x (x is an integer) May be represented by any arbitrary number, for example, 0.8 to 1.5). Similarly, gallium sulfide may not be of stoichiometric composition (Ga 2 S 3 ), in which sense gallium sulfide may be represented herein by the formula GaS x (where x is not limited to any integer, for example It may be represented by 0.8 to 1.5). The indium gallium sulfide may have a composition represented by In 2 (1-y) Ga 2 y S 3 (where y is any number greater than 0 and less than 1), or In a Ga 1- a S b (a is any number greater than 0 and less than 1 and b is any number not limited to an integer) may be represented.

硫化インジウムは、そのバンドギャップエネルギーが2.0eV〜2.4eVであり、晶系が立方晶であるものについては、その格子定数は10.775Åである。硫化ガリウムは、そのバンドギャップエネルギーが2.5eV〜2.6eV程度であり、晶系が正方晶であるものについては、その格子定数が5.215Åである。ただし、ここに記載された晶系等は、いずれも報告値であり、実際のコアシェル構造の半導体ナノ粒子において、シェルがこれらの報告値を満たしているとは限らない。
硫化インジウムおよび硫化ガリウムは、第11族−第13族−第16族の三元系ないしは四元系の半導体、特にAg−In−SないしはAg−In−Zn−Sがコアである場合に、シェルを構成する半導体として好ましく用いられる。特に、硫化ガリウムは、バンドギャップエネルギーがより大きいことから好ましく用いられる。硫化ガリウムを使用する場合には、硫化インジウムを使用する場合と比較して、より強いバンド端発光を得ることができる。
Indium sulfide has a band gap energy of 2.0 eV to 2.4 eV, and in the case where the crystal system is cubic, its lattice constant is 10.775 Å. Gallium sulfide has a band gap energy of about 2.5 eV to 2.6 eV, and a lattice constant of 5.215 Å for a crystal system having a tetragonal system. However, the crystal systems etc. described herein are all report values, and the shell does not necessarily satisfy these report values in the actual semiconductor nanoparticles of core-shell structure.
Indium sulfide and gallium sulfide can be selected from the group 11-group 13-group 16 ternary or quaternary semiconductors, in particular when Ag-In-S or Ag-In-Zn-S is the core. It is preferably used as a semiconductor constituting a shell. In particular, gallium sulfide is preferably used because of its large band gap energy. When using gallium sulfide, stronger band edge emission can be obtained as compared to using indium sulfide.

シェルは、その表面が任意の化合物で修飾されていてよい。シェルの表面がコアシェル構造の半導体ナノ粒子の露出表面である場合には、当該表面を修飾することによって、ナノ粒子を安定化させて半導体ナノ粒子の凝集または成長を防止することができ、ならびに/あるいは半導体ナノ粒子の溶媒中での分散性を向上させることができる。   The shell may have its surface modified with any compound. When the surface of the shell is an exposed surface of the core-shell structured semiconductor nanoparticle, by modifying the surface, the nanoparticle can be stabilized to prevent aggregation or growth of the semiconductor nanoparticle, and / Alternatively, the dispersibility of the semiconductor nanoparticles in the solvent can be improved.

表面修飾剤は、例えば、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含酸素化合物等であってよい。炭素数4〜20の炭化水素基としては、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基などの飽和脂肪族炭化水素基;オレイル基などの不飽和脂肪族炭化水素基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの脂環式炭化水素基;フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル基などの芳香族炭化水素基などが挙げられ、このうち飽和脂肪族炭化水素基や不飽和脂肪族炭化水素基が好ましい。含窒素化合物としてはアミン類やアミド類が挙げられ、含硫黄化合物としてはチオール類が挙げられ、含酸素化合物としては脂肪酸類などが挙げられる。   The surface modifier is, for example, a nitrogen-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, a sulfur-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, and an oxygen-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms It may be a compound or the like. As a C4-C20 hydrocarbon group, saturated aliphatic carbonization, such as n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, hexadecyl group, octadecyl group, etc. Hydrogen group; unsaturated aliphatic hydrocarbon group such as oleyl group; alicyclic hydrocarbon group such as cyclopentyl group and cyclohexyl group; aromatic hydrocarbon group such as phenyl group, benzyl group, naphthyl group and naphthylmethyl group etc. Among these, saturated aliphatic hydrocarbon groups and unsaturated aliphatic hydrocarbon groups are preferable. The nitrogen-containing compounds include amines and amides, the sulfur-containing compounds include thiols, and the oxygen-containing compounds include fatty acids.

表面修飾剤としては、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物が好ましい。そのような含窒素化合物は、例えばn−ブチルアミン、イソブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミンなどのアルキルアミンや、オレイルアミンなどのアルケニルアミンである。特に純度の高いものが入手しやすい点と沸点が290℃を超える点から、n‐テトラデシルアミンが好ましい。   As a surface modifier, the nitrogen-containing compound which has a C4-C20 hydrocarbon group is preferable. Such nitrogen-containing compounds are, for example, alkylamines such as n-butylamine, isobutylamine, n-pentylamine, n-hexylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, octadecylamine, and alkenyls such as oleylamine It is an amine. In particular, n-tetradecylamine is preferred from the viewpoint that it is easy to obtain high purity and that the boiling point exceeds 290 ° C.

表面修飾剤としては、また、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物が好ましい。そのような含硫黄化合物は、例えば、n−ブタンチオール、イソブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等である。   The surface modifier is also preferably a sulfur-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. Such sulfur-containing compounds are, for example, n-butanethiol, isobutanethiol, n-pentanethiol, n-hexanethiol, octanethiol, decanethiol, dodecanethiol, hexadecanethiol, octadecanethiol and the like.

表面修飾剤は、異なる二以上のものを組み合わせて用いてよい。例えば、上記において例示した含窒素化合物から選択される一つの化合物(例えば、オレイルアミン)と、上記において例示した含硫黄化合物から選択される一つの化合物(例えば、ドデカンチオール)とを組み合わせて用いてよい。   The surface modifier may be used in combination of two or more different ones. For example, one compound selected from the nitrogen-containing compounds exemplified above (for example, oleylamine) and one compound selected from the sulfur-containing compounds exemplified above (for example, dodecanethiol) may be used in combination. .

[コアシェル構造]
上記において説明したコアおよびシェルから成る、本実施形態のコアシェル構造の半導体ナノ粒子の構成を以下に説明する。
[Core shell structure]
The configuration of the core-shell structured semiconductor nanoparticle of the present embodiment, which comprises the core and the shell described above, will be described below.

本実施形態のコアシェル構造の半導体ナノ粒子は、例えば、50nm以下の平均粒径を有してよい。平均粒径は、1nm〜20nmの範囲内、特に1nm〜10nmの範囲内にあってよい。   The semiconductor nanoparticles of the core-shell structure of the present embodiment may have, for example, an average particle size of 50 nm or less. The average particle size may be in the range of 1 nm to 20 nm, in particular in the range of 1 nm to 10 nm.

ナノ粒子の平均粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて撮影されたTEM像から求めてよい。ナノ粒子の粒径は、具体的には、TEM像で観察される粒子の外周の任意の二点を結ぶ線分であって、当該粒子の中心を通過する線分のうち、最も長いものを指す。   The average particle size of the nanoparticles may be determined, for example, from a TEM image taken using a transmission electron microscope (TEM). Specifically, the particle diameter of the nanoparticles is a line segment connecting any two points on the outer periphery of the particle observed in the TEM image, and the longest one of the line segments passing through the center of the particle Point to.

ただし、粒子がロッド状の形状を有するものである場合には、短軸の長さを粒径とみなす。ここで、ロッド状の形状の粒子とは、長方形状を含む四角形状(断面は、円、楕円、または多角形状を有する)、楕円形状、または多角形状(例えば鉛筆のような形状)等として観察されるものであって、短軸の長さに対する長軸の長さの比が1.2より大きいものを指す。ロッド状の形状の粒子について、長軸の長さは、楕円形状の場合には、粒子の外周の任意の二点を結ぶ線分のうち、最も長いものを指し、長方形状または多角形状の場合、外周を規定する辺の中で最も長い辺に平行であり、かつ粒子の外周の任意の二点を結ぶ線分のうち、最も長いものを指す。短軸の長さは、外周の任意の二点を結ぶ線分のうち、前記長軸の長さを規定する線分に直交し、かつ最も長さの長い線分を指す。   However, when the particles have a rod-like shape, the length of the short axis is regarded as the particle size. Here, rod-shaped particles are observed as quadrilateral including a rectangular shape (the cross section has a circle, an ellipse, or a polygonal shape), an elliptical shape, or a polygonal shape (for example, a shape like a pencil) Refers to those in which the ratio of the major axis length to the minor axis length is greater than 1.2. For rod-shaped particles, in the case of an elliptical shape, the long axis length refers to the longest line segment connecting any two points on the outer periphery of the particle, and in the case of a rectangular or polygonal shape And the longest one of the line segments parallel to the longest side among the sides defining the outer periphery and connecting any two points on the outer periphery of the particle. The length of the short axis refers to the longest line segment that is orthogonal to the line segment defining the length of the long axis among the line segments connecting any two points on the outer periphery.

平均粒径は、任意に選択したグリッド上の3箇所以上で、50000倍〜150000倍のTEM像を取得し、取得したTEM像それぞれにおいて、すべての計測可能なナノ粒子について粒径を測定し、それらの粒径の算術平均とする。ここで、「計測可能な」粒子は、TEM像において粒子全体が観察できるものである。したがって、TEM像において、その一部が撮像範囲に含まれておらず、「切れて」いるような粒子は計測可能なものではない。TEM像の数は3以上とし、選択したTEM像に含まれるナノ粒子が合計100点以上となるようにする。したがって、例えば、3つのTEM画像に100点以上のナノ粒子が含まれるように見えたが、実際には100点に満たなかった場合には、撮像箇所を増やす必要がある。あるいは、2つのTEM画像に100点以上のナノ粒子が含まれていても、ナノ粒子の平均粒径の測定は、3つ以上のTEM画像を用いて行うものとする。   As for the average particle size, TEM images at 50,000 to 150,000 times are acquired at three or more locations on an arbitrarily selected grid, and in each of the acquired TEM images, the particle sizes of all measurable nanoparticles are measured, Let it be the arithmetic mean of their particle sizes. Here, "measurable" particles are those in which the entire particle can be observed in the TEM image. Therefore, in the TEM image, a part of the particle is not included in the imaging range, and particles that are “broken” are not measurable. The number of TEM images is 3 or more, and the total number of nanoparticles contained in the selected TEM image is 100 or more. Therefore, for example, although it appears that three TEM images contain 100 or more nanoparticles, in reality the number of nanoparticles does not reach 100, it is necessary to increase the number of imaging points. Alternatively, even if two TEM images contain 100 or more nanoparticles, the measurement of the average particle diameter of the nanoparticles is performed using three or more TEM images.

コアシェル構造の半導体ナノ粒子において、コアは、例えば、10nm以下、特に、8nm以下の平均粒径を有してよい。コアの平均粒径は、2nm〜10nmの範囲内、特に2nm〜8nm、より特に2nm〜6nmの範囲内にあってよく、あるいは4nm〜10nm、5nm〜8nmの範囲内にあってよい。コアの平均粒径が大きすぎると、量子サイズ効果が得られにくくなり、バンド端発光が得られにくくなる。   In core-shell structured semiconductor nanoparticles, the core may have an average particle size of, for example, 10 nm or less, in particular 8 nm or less. The average particle size of the core may be in the range of 2 nm to 10 nm, in particular in the range of 2 nm to 8 nm, more particularly in the range of 2 nm to 6 nm, or in the range of 4 nm to 10 nm, 5 nm to 8 nm. When the average particle size of the core is too large, it is difficult to obtain the quantum size effect and it is difficult to obtain band edge emission.

シェルは、0.1nm以上の厚さを有してよい。シェルの厚さは0.1nm〜50nmの範囲内、特に0.1nm〜20nmの範囲内、より特には0.2nm〜10nmの範囲内にあってよい。あるいは、シェルの厚さは、0.1nm〜3nmの範囲内にあってよく、特に0.3nm〜3nmの範囲内にあってよい。シェルの厚さが小さすぎる場合には、シェルがコアを被覆することによる効果が十分に得られず、バンド端発光が得られにくくなる。   The shell may have a thickness of 0.1 nm or more. The thickness of the shell may be in the range of 0.1 nm to 50 nm, in particular in the range of 0.1 nm to 20 nm, more in particular in the range of 0.2 nm to 10 nm. Alternatively, the thickness of the shell may be in the range of 0.1 nm to 3 nm, in particular in the range of 0.3 nm to 3 nm. If the thickness of the shell is too small, the effect of covering the core by the shell is not sufficiently obtained, and band edge emission becomes difficult to obtain.

コアの平均粒径およびシェルの厚さは、コアシェル構造の半導体ナノ粒子を、例えば、HAADF−STEMで観察することにより求めてよい。特に、シェルがアモルファスである場合には、HAADF−STEMによって、コアとは異なる部分として観察されやすいシェルの厚さを容易に求めることができる。その場合、コアの粒径は半導体ナノ粒子について上記で説明した方法に従って求めることができる。シェルの厚さが一定でない場合には、最も小さい厚さを、当該粒子におけるシェルの厚さとする。   The average particle size of the core and the thickness of the shell may be determined by observing semiconductor nanoparticles of the core-shell structure, for example, by HAADF-STEM. In particular, when the shell is amorphous, HAADF-STEM can easily determine the thickness of the shell that is likely to be observed as a part different from the core. In that case, the particle size of the core can be determined according to the method described above for the semiconductor nanoparticles. If the thickness of the shell is not constant, the smallest thickness is taken as the thickness of the shell in the particle.

あるいは、コアの平均粒径は、シェルによる被覆の前に予め測定しておいてよい。それから、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の平均粒径を測定し、当該平均粒径と予め測定したコアの平均粒径との差を求めることにより、シェルの厚さを求めてよい。   Alternatively, the average particle size of the core may be pre-measured prior to coating with the shell. Then, the average particle size of the core-shell structure semiconductor nanoparticles may be measured, and the difference between the average particle size and the average particle size of the core measured in advance may be determined to determine the thickness of the shell.

本実施形態の半導体ナノ粒子は、光が照射されると発光するものであって、具体的には、紫外光、可視光または赤外線が照射されると、照射された光よりも長い波長の光を発するものである。本実施形態の半導体ナノ粒子の発光は蛍光であってよく、または蛍光を含んでいてよい。その場合、本実施形態の半導体ナノ粒子は、蛍光を発する蛍光体として機能し得る。また、本実施形態の半導体ナノ粒子は、特定の族の元素を含むシェルによってコアが被覆されていることに起因して、シェルで被覆されていない場合にはバンド端発光を発光しないコアから、バンド端発光を与えることができる。具体的には、本実施形態の半導体ナノ粒子は、例えば、紫外光、可視光または赤外線が照射されると、照射された光よりも長い波長の発光を有し、かつ、主成分の発光の寿命が200ns以下および/または発光スペクトルの半値幅が50nm以下である発光をすることができる。ここで、「発光寿命」とは、後述する実施例のように、蛍光寿命測定装置と称される装置を用いて測定される発光の寿命をいう。   The semiconductor nanoparticles of this embodiment emit light when irradiated with light, and specifically, when irradiated with ultraviolet light, visible light or infrared light, light having a wavelength longer than the irradiated light Emit The emission of the semiconductor nanoparticles of the present embodiment may be fluorescence or may contain fluorescence. In that case, the semiconductor nanoparticle of the present embodiment can function as a fluorescent substance that emits fluorescence. In addition, the semiconductor nanoparticle of the present embodiment is not covered with a band edge emission when it is not covered with a shell due to the fact that the core is covered with a shell containing an element of a specific group. Band edge emission can be provided. Specifically, for example, when irradiated with ultraviolet light, visible light, or infrared light, the semiconductor nanoparticle of the present embodiment has light emission of a wavelength longer than that of the irradiated light, and the light emission of the main component It is possible to emit light with a lifetime of 200 ns or less and / or a half width of the emission spectrum of 50 nm or less. Here, the "emission life" refers to the life of emission measured using a device called a fluorescence lifetime measurement device as in the examples described later.

上記「主成分の発光寿命」は、次の手順に従って求める。まず、半導体ナノ粒子に励起光を照射して発光させ、発光スペクトルのピーク付近の波長、例えば、(ピークの波長±50nm)の範囲内にある波長の光について、その減衰(残光)の経時変化を測定する。経時変化は、励起光の照射を止めた時点から測定する。得られる減衰曲線は一般に、発光や熱等の緩和過程に由来する複数の減衰曲線を足し合わせたものとなっている。そこで、本実施形態では、3つの成分(すなわち、3つの減衰曲線)が含まれると仮定して、発光強度をI(t)としたときに、減衰曲線が下記の式で表せるように、パラメータフィッティングを行う。パラメータフィッティングは、専用ソフトを使用して実施する。
I(t)=Aexp(−t/τ)+Aexp(−t/τ)+Aexp(−t/τ
The “emission lifetime of the main component” is determined according to the following procedure. First, semiconductor nanoparticles are irradiated with excitation light to emit light, and the decay (afterglow) of light having a wavelength in the vicinity of the peak of the emission spectrum, for example, in the range of (peak wavelength ± 50 nm) Measure the change. The change over time is measured from the time when the irradiation of the excitation light is stopped. The obtained attenuation curve is generally a sum of a plurality of attenuation curves derived from relaxation processes such as light emission and heat. Therefore, in the present embodiment, assuming that the light emission intensity is I (t), assuming that three components (that is, three attenuation curves) are included, the parameter is set so that the attenuation curve can be expressed by the following equation. Do the fitting. Parameter fitting is performed using dedicated software.
I (t) = A 1 exp (-t / τ 1) + A 2 exp (-t / τ 2) + A 3 exp (-t / τ 3)

上記の式中、各成分のτ、τ、τは、発光強度が初期の1/e(36.8%)に減衰するのに要する時間であり、これが各成分の発光寿命に相当する。発光寿命の短い順にτ、τ、τとする。また、A、AおよびAは、各成分の寄与率である。本実施形態では、Aexp(−t/τ)で表される曲線の積分値が最も大きいものを主成分としたときに、主成分の発光寿命τが200ns以下である。そのような発光は、バンド端発光であると推察される。なお、主成分の特定に際しては、Aexp(−t/τ)のtの値を0から無限大まで積分することによって得られるA×τを比較し、この値が最も大きいものを主成分とする。 In the above equation, τ 1 , τ 2 and τ 3 of each component are the time required for the emission intensity to decay to 1 / e (36.8%) of the initial level, which corresponds to the emission lifetime of each component Do. Let τ 1 , τ 2 , and τ 3 be in ascending order of light emission lifetime. Also, A 1 , A 2 and A 3 are contribution rates of the respective components. In the present embodiment, the emission lifetime τ of the main component is 200 ns or less, when the main component is the one with the largest integral value of the curve represented by A x exp (−t / τ x ). Such emission is assumed to be band edge emission. In addition, when identifying the principal component, A x × τ x obtained by integrating the value of t of A x exp (−t / τ x ) from 0 to infinity is compared, and this value is the largest. As the main component.

なお、本実施形態では、発光の減衰曲線が3つ、4つ、または5つの成分を含むものと仮定してパラメータフィッティングを行って得られる式がそれぞれ描く減衰曲線と、実際の減衰曲線とのずれは、それほど変わらない。そのため、本実施形態では、主成分の発光寿命を求めるにあたり、発光の減衰曲線に含まれる成分の数を3と仮定し、それによりパラメータフィッティングが煩雑となることを避けている。   In the present embodiment, assuming that the attenuation curve of light emission includes three, four, or five components, the attenuation curve drawn by the equation obtained by performing parameter fitting and the actual attenuation curve The difference is not so different. Therefore, in the present embodiment, the number of components included in the light emission decay curve is assumed to be three in order to obtain the light emission lifetime of the main component, thereby avoiding complication of parameter fitting.

バンド端発光は、欠陥発光とともに得られてよい。欠陥発光は一般に発光寿命が長く、またブロードなスペクトルを有し、バンド端発光よりも長波長側にそのピークを有する。あるいは、本実施形態の半導体ナノ粒子は、欠陥発光のみを発光し、バンド端発光を発しないものであってよい。そのような半導体ナノ粒子であっても、コアがシェルで被覆されることによって、表面における電気的な欠陥が無くなるために、光電変換を目的として、電荷分離を行い、再結合を抑制する材料(特に、太陽電池の構成材料)により適したものとなり、有用である。   Band edge emission may be obtained with defect emission. Defective light emission generally has a long light emission lifetime and a broad spectrum, and has its peak on the longer wavelength side than the band edge light emission. Alternatively, the semiconductor nanoparticles of the present embodiment may emit only defect light and may not emit band edge light. Even in such semiconductor nanoparticles, the core is covered with the shell, so that electrical defects on the surface are eliminated, so that the material performs charge separation for the purpose of photoelectric conversion and suppresses recombination ( In particular, the constituent material of the solar cell is more suitable and useful.

本実施形態の半導体ナノ粒子が発光するバンド端発光は、半導体ナノ粒子の粒径を変化させることによって、その強度およびピークの位置を変化させることができる。例えば、半導体ナノ粒子の粒径をより小さくすれば、バンド端発光の強度(バンド端発光/欠陥発光強度の比)をより大きくすることができる。また、半導体ナノ粒子の粒径をより小さくすると、バンド端発光のピーク波長が短波長側にシフトする傾向にある。さらに、半導体ナノ粒子の粒径をより小さくすると、バンド端発光のスペクトルの半値幅がより小さくなる傾向にある。   In the band edge light emission in which the semiconductor nanoparticles of the present embodiment emit light, the intensity and the position of the peak can be changed by changing the particle size of the semiconductor nanoparticles. For example, if the particle size of the semiconductor nanoparticles is made smaller, the intensity of the band edge emission (the ratio of the band edge emission / defect emission intensity) can be made larger. In addition, when the particle size of the semiconductor nanoparticles is further reduced, the peak wavelength of band edge emission tends to shift to the short wavelength side. Furthermore, the smaller the particle size of the semiconductor nanoparticles, the smaller the half bandwidth of the spectrum of band edge emission tends to be.

本実施形態の半導体ナノ粒子はまた、その吸収スペクトルまたは励起スペクトル(蛍光励起スペクトルともいう)がエキシトンピークを示すものであることが好ましい。エキシトンピークは、励起子生成により得られるピークであり、これが吸収スペクトルまたは励起スペクトルにおいて発現しているということは、粒径の分布が小さく、結晶欠陥の少ないバンド端発光に適した粒子であることを意味する。エキシトンピークが急峻になるほど、粒径がそろった結晶欠陥の少ない粒子が半導体ナノ粒子の集合体により多く含まれていることを意味し、したがって、発光の半値幅は狭くなり、発光効率が向上すると予想される。本実施形態の半導体ナノ粒子の吸収スペクトルまたは励起スペクトルにおいて、エキシトンピークは、例えば、350nm〜1000nmの範囲内で観察される。エキシトンピークの有無を見るための励起スペクトルは、観測波長をピーク波長付近に設定して測定してよい。   In addition, it is preferable that the semiconductor nanoparticle of the present embodiment is one whose absorption spectrum or excitation spectrum (also referred to as fluorescence excitation spectrum) exhibits an exciton peak. The exciton peak is a peak obtained by exciton generation, and the fact that this is expressed in the absorption spectrum or excitation spectrum means that the particle is suitable for band edge emission with small particle size distribution and few crystal defects. Means The sharper the exciton peak, the more the particles with less particle size having crystal defects are included in the aggregate of semiconductor nanoparticles, and hence the half width of light emission becomes narrower and the light emission efficiency is improved. is expected. In the absorption spectrum or excitation spectrum of the semiconductor nanoparticle of the present embodiment, an exciton peak is observed, for example, in the range of 350 nm to 1000 nm. The excitation spectrum for observing the presence or absence of an exciton peak may be measured by setting the observation wavelength near the peak wavelength.

[コアシェル構造の半導体ナノ粒子の製造方法]
本実施形態のコアシェル構造の半導体ナノ粒子は、
− コアとなる半導体ナノ粒子(本明細書において、シェルで被覆する前のコアを便宜的に「一次半導体ナノ粒子」と呼ぶ)を溶媒中に分散させた分散液を準備すること、および
− 当該分散液に、第13族元素の源(ソース)となる同元素を含む化合物、および第16族元素の源(ソース)となる同元素の単体または同元素を含む化合物を加えて、一次半導体ナノ粒子の表面に、実質的に第13族元素と第16族元素とからなる半導体の層を形成すること
を含む。
[Method for producing core-shell structured semiconductor nanoparticles]
The semiconductor nanoparticle of the core-shell structure of the present embodiment is
-Preparing a dispersion in which a core semiconductor nanoparticle (herein, the core before being coated with a shell is conveniently referred to as a "primary semiconductor nanoparticle") is dispersed in a solvent; A dispersion containing a compound containing the same element as a source of the Group 13 element and a compound containing the same element or the same element as a source of the Group 16 element, to form a primary semiconductor nano Forming a semiconductor layer substantially consisting of a Group 13 element and a Group 16 element on the surface of the particle.

(一次半導体ナノ粒子の準備)
一次半導体ナノ粒子は、上記コアに相当し、三元系のものである場合には、M、M、およびZを含む半導体からなるナノ粒子であり、四元系のものである場合には、M、M、MおよびZを含む半導体からなるナノ粒子である。一次半導体ナノ粒子は、市販されているものをそのまま用いてよく、あるいは試験的に生産されたものがあればそれを用いてよく、あるいはM源、M源、およびZ源、ならびに場合によりM源を反応させることにより作製してよい。本実施形態の製造方法では、一次半導体ナノ粒子を作製した後、直ちにシェルによる被覆を実施しなければならないということはなく、別に作製された一次半導体ナノ粒子を、時間を置いて用いてよい。
(Preparation of primary semiconductor nanoparticles)
The primary semiconductor nanoparticles correspond to the above core, and in the case of a ternary system, they are nanoparticles consisting of a semiconductor containing M 1 , M 2 and Z, and in the case of a quaternary system. Is a nanoparticle consisting of a semiconductor containing M 1 , M 2 , M 3 and Z. As the primary semiconductor nanoparticles, commercially available ones may be used as they are, or those experimentally produced may be used, or M 1 source, M 2 source, and Z source, and optionally, may be used. It may be produced by reacting an M 3 source. In the manufacturing method of the present embodiment, it is not necessary to immediately carry out coating with a shell after producing the primary semiconductor nanoparticles, and separately produced primary semiconductor nanoparticles may be used with time.

三元系の一次半導体ナノ粒子は、例えば、元素Mの塩と元素Mの塩と元素Zを配位元素とする配位子とを混合することにより錯体とし、この錯体を熱処理することを含む方法で作製してよい。Mの塩およびMの塩はいずれも、その種類は特に限定されず、有機酸塩および無機酸塩のいずれであってもよい。具体的には、塩は、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩酸塩、およびスルホン酸塩のいずれであってよく、好ましくは酢酸塩等の有機酸塩である。有機酸塩は有機溶媒への溶解度が高く、反応をより均一に進行させやすいことによる。 Ternary primary semiconductor nanoparticles are converted to a complex, for example, by mixing a salt of element M 1, a salt of element M 2 and a ligand having element Z as a coordination element, and heat treating this complex May be produced by a method including The type of M 1 salt and M 2 salt is not particularly limited, and may be either an organic acid salt or an inorganic acid salt. Specifically, the salt may be any of a nitrate, an acetate, a sulfate, a hydrochloride, and a sulfonate, preferably an organic acid such as an acetate. The organic acid salt has high solubility in an organic solvent, and the reaction can be more uniformly progressed.

Zが硫黄(S)である場合、Zを配位元素とする配位子としては、例えば、2,4−ペンタンジチオンなどのβ−ジチオン類;1,2−ビス(トリフルオロメチル)エチレン−1,2−ジチオールなどのジチオール類;ジエチルジチオカルバミド酸塩;チオ尿素がある。   When Z is sulfur (S), examples of the ligand having Z as a coordination element include β-dithiones such as 2,4-pentanedithione; 1,2-bis (trifluoromethyl) ethylene- Dithiols such as 1,2-dithiol; diethyl dithiocarbamate; thiourea.

Zがテルル(Te)である場合、Zを配位元素とする配位子は、例えば、ジアリルテルライド、ジメチルジテルライドである。Zがセレン(Se)である場合、Zを配位元素とする配位子としては、例えば、ジメチルジセレノカルバミド酸、2−(ジメチルアミノ)エタンセレノールである。   When Z is tellurium (Te), a ligand having Z as a coordination element is, for example, diallyl telluride or dimethyl ditelluride. When Z is selenium (Se), examples of a ligand having Z as a coordination element include dimethyl diselenocarbamic acid and 2- (dimethylamino) ethaneselenol.

錯体は、Mの塩、Mの塩、およびZを配位元素とする配位子とを混合することにより得られる。錯体の形成は、Mの塩およびMの塩の水溶液と配位子の水溶液とを混合する方法で実施してよく、あるいは、Mの塩、Mの塩および配位子を、有機溶媒(特に、エタノール等の極性の高い有機溶媒)中に投入して混合する方法で実施してよい。有機溶媒は表面修飾剤、または表面修飾剤を含む溶液であってよい。Mの塩、Mの塩およびZを配位元素とする配位子の仕込み比は、Mの組成式に対応して、1:1:2(モル比)とすることが好ましい。 The complex is obtained by mixing a salt of M 1, a salt of M 2 , and a ligand having Z as a coordination element. The formation of the complex may be carried out by mixing the aqueous solution of the salt of M 1 and the salt of M 2 with the aqueous solution of the ligand, or alternatively, the salt of M 1 , the salt of M 2 and the ligand It may be carried out by a method of charging by mixing in an organic solvent (in particular, a highly polar organic solvent such as ethanol). The organic solvent may be a surface modifier, or a solution comprising a surface modifier. The preparation ratio of the salt of M 1, the salt of M 2 and the ligand having Z as a coordination element is 1: 1: 2 (molar ratio) corresponding to the composition formula of M 1 M 2 Z 2 Is preferred.

次に、得られた錯体を熱処理して、一次半導体ナノ粒子を形成する。錯体の熱処理は、得られた錯体を沈殿させて分離した後、乾燥させて粉末とし、粉末を例えば100℃〜300℃の温度で加熱することにより実施してよい。この場合、熱処理して得られる一次半導体ナノ粒子は、さらに表面修飾剤である溶媒、または表面修飾剤を含む溶媒中で熱処理して、その表面が修飾されることが好ましい。あるいは、錯体の熱処理は、粉末として得た錯体を、表面修飾剤である溶媒、または表面修飾剤を含む溶媒中で、例えば100℃〜300℃の温度で加熱することにより実施してよい。あるいはまた、Mの塩、Mの塩および配位子を、有機溶媒中に投入して混合する方法で錯体を形成する場合には、有機溶媒を表面修飾剤または表面修飾剤を含む溶媒として、塩および配位子を投入した後、加熱処理を実施することにより、錯体の形成、熱処理および表面修飾を連続的に又は同時に実施してよい。 The resulting complex is then heat treated to form primary semiconductor nanoparticles. The heat treatment of the complex may be carried out by precipitating and separating the obtained complex, drying it to a powder, and heating the powder at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C., for example. In this case, the primary semiconductor nanoparticles obtained by heat treatment are preferably heat-treated in a solvent which is a surface modifier or a solvent containing a surface modifier to further modify the surface thereof. Alternatively, the heat treatment of the complex may be carried out by heating the complex obtained as a powder, for example, at a temperature of 100 ° C. to 300 ° C. in a solvent that is a surface modifier, or a solvent that includes a surface modifier. Alternatively, in the case of forming a complex by a method in which the salt of M 1, the salt of M 2 and the ligand are introduced into an organic solvent and mixed, a solvent containing a surface modifier or a surface modifier is used. The formation of the complex, the heat treatment and the surface modification may be carried out sequentially or simultaneously by carrying out heat treatment after introducing the salt and the ligand.

あるいは、一次半導体ナノ粒子は、Mの塩、Mの塩、およびZの供給源となる化合物を有機溶媒に投入して形成しても良い。あるいはまた、有機溶媒とMの塩とを反応させて錯体を形成し、次に、有機溶媒とMの塩とを反応させて錯体を形成するとともに、これらの錯体とZの供給源となる化合物とを反応させ、得られた反応物を結晶成長させる方法で製造してよい。Mの塩、およびMの塩については、上記錯体の形成を含む作製方法に関連して説明したとおりである。これらの塩と反応して錯体を形成する有機溶媒は、例えば、炭素数4〜20のアルキルアミン、アルケニルアミン、アルキルチオール、アルケニルアミン、アルキルホスフィン、アルケニルホスフィンである。これらの有機溶媒は、最終的には、得られる一次半導体ナノ粒子を表面修飾するものとなる。これらの有機溶媒は他の有機溶媒と混合して用いてよい。この製造方法においても、Mの塩、Mの塩およびZの供給源となる化合物の仕込み比は、Mの組成式に対応して、1:1:2(モル比)とすることが好ましい。 Alternatively, the primary semiconductor nanoparticles may be formed by introducing a salt of M 1, a salt of M 2 , and a compound serving as a source of Z into an organic solvent. Alternatively, the organic solvent is reacted with a salt of M 1 to form a complex, and then the organic solvent is reacted with a salt of M 2 to form a complex, and these complex and a source of Z The reaction product may be produced by a method of causing crystal growth of the obtained reactant. The salt of M 1 and the salt of M 2 are as described in relation to the preparation method including the formation of the above complex. The organic solvent which reacts with these salts to form a complex is, for example, an alkylamine having 4 to 20 carbon atoms, an alkenylamine, an alkylthiol, an alkenylamine, an alkyl phosphine or an alkenyl phosphine. These organic solvents eventually become surface modifications of the resulting primary semiconductor nanoparticles. These organic solvents may be used in combination with other organic solvents. Also in this production method, the preparation ratio of the salt of M 1 , the salt of M 2 and the compound serving as the source of Z is 1: 1: 2 (molar ratio corresponding to the composition formula of M 1 M 2 Z 2 It is preferable to set it as

Zの供給源となる化合物は、Zが硫黄(S)である場合には、例えば、硫黄、チオ尿素、チオアセトアミド、アルキルチオールである。Zがテルル(Te)である場合には、例えば、トリアルキルホスフィンにTe粉末を加えた混合液を200〜250℃で熱処理して得られるTe−ホスフィン錯体を、Zの供給源となる化合物として用いてよい。Zがセレン(Se)である場合には、例えば、トリアルキルホスフィンにSe粉末を加えた混合液を200〜250℃で熱処理して得られるSe−ホスフィン錯体を、Zの供給源となる化合物として用いてよい。   The compound serving as a source of Z is, for example, sulfur, thiourea, thioacetamide, alkylthiol when Z is sulfur (S). When Z is tellurium (Te), for example, a Te-phosphine complex obtained by heat-treating a mixture obtained by adding a Te powder to trialkylphosphine at 200 to 250 ° C. is used as a compound serving as a Z source. It may be used. When Z is selenium (Se), for example, a Se-phosphine complex obtained by heat-treating a mixture obtained by adding Se powder to trialkylphosphine at 200 to 250 ° C. is used as a compound serving as a Z source. It may be used.

あるいは、一次半導体ナノ粒子の製造方法は、いわゆるホットインジェクション法であってよい。ホットインジェクション法は、100℃〜300℃の範囲内にある温度に加熱した溶媒に、一次半導体ナノ粒子を構成する各元素の供給源となる化合物(例えば、Mの塩、Mの塩、およびZの供給源となる化合物(またはZを配位元素とする配位子))を溶解または分散させた液体(前駆体溶液とも呼ぶ)を比較的短い時間(例えばミリ秒オーダー)で投入して、反応初期に多くの結晶核を生成させる半導体ナノ粒子の製造方法である。あるいは、ホットインジェクション法においては、一部の元素の供給源となる化合物を有機溶媒中に予め溶解または分散させておき、これを加熱してから、その他の元素の前駆体溶液を投入してよい。溶媒を表面修飾剤、または表面修飾剤を含む溶媒とすれば、表面修飾も同時に実施できる。ホットインジェクション法によれば、粒径のより小さいナノ粒子を製造することができる。 Alternatively, the method of producing the primary semiconductor nanoparticles may be a so-called hot injection method. In the hot injection method, a compound (for example, a salt of M 1, a salt of M 2 , etc.) serving as a supply source of each element constituting the primary semiconductor nanoparticles in a solvent heated to a temperature in the range of 100 ° C. to 300 ° C. A liquid (also referred to as a precursor solution) in which a compound serving as a source of H and Z (or a ligand having a coordination element of Z) dissolved or dispersed therein is introduced in a relatively short time (for example, on the order of milliseconds) Thus, it is a method of producing semiconductor nanoparticles in which many crystal nuclei are generated in the initial stage of reaction. Alternatively, in the hot injection method, a compound serving as a source of a part of elements may be dissolved or dispersed in an organic solvent in advance, and this may be heated, and then precursor solutions of other elements may be added. . If the solvent is a surface modifier or a solvent containing a surface modifier, surface modification can be performed simultaneously. According to the hot injection method, nanoparticles having a smaller particle size can be produced.

一次半導体ナノ粒子の表面を修飾する表面修飾剤は、先に、シェルに関連して説明したとおりである。一次半導体ナノ粒子が表面修飾されていると、粒子が安定化されて、粒子の凝集または成長が防止され、ならびに/あるいは粒子の溶媒中での分散性が向上する。一次半導体ナノ粒子が表面修飾されている場合、シェルは、表面修飾剤が脱離したタイミングで成長する。したがって、一次半導体ナノ粒子を修飾している表面修飾剤は、最終的に得られるコアシェル構造のナノ粒子においては、コアの表面(コアとシェルとの界面)には通常存在しない。   The surface modifiers that modify the surface of the primary semiconductor nanoparticles are as described above in relation to the shell. The surface modification of the primary semiconductor nanoparticles stabilizes the particles and prevents their aggregation or growth, and / or improves their dispersibility in the solvent. When the primary semiconductor nanoparticles are surface modified, the shell grows when the surface modifier is released. Therefore, in the finally obtained core-shell structure nanoparticles, the surface modifier that modifies the primary semiconductor nanoparticles is not usually present on the surface of the core (the interface between the core and the shell).

なお、いずれの製造方法を採用する場合でも、一次半導体ナノ粒子の製造は不活性雰囲気下、特にアルゴン雰囲気下または窒素雰囲気下で実施される。これは、酸化物の副生および一次半導体ナノ粒子表面の酸化を、低減ないしは防止するためである。   In any of the production methods, primary semiconductor nanoparticles are produced under an inert atmosphere, particularly under an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere. This is to reduce or prevent the oxide by-product and the oxidation of the surface of the primary semiconductor nanoparticles.

一次半導体ナノ粒子を、M、M、およびZに加えて、Mをさらに含むもの、すなわち四元系とする場合には、上記において説明した一次半導体ナノ粒子の製造において、Mの塩を、Mの塩およびMの塩とともに用いる。Mの塩、Mの塩、Mの塩、およびZを配位元素とする配位子またはZの供給源となる化合物の仕込み比は、(M Te(式中、x+y=2)の化学量論組成の組成式に対応して、x:x:y:2(モル比)とすることが好ましい。Mの塩は、有機酸塩および無機酸塩のいずれであってもよい。具体的には、Mの塩は、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩酸塩、およびスルホン酸塩のいずれであってよい。その他は三元系の一次半導体ナノ粒子の製造方法と同様であるから、ここではその詳細な説明を省略する。 When primary semiconductor nanoparticles are added to M 1 , M 2 and Z to further include M 3 , ie, quaternary, in the preparation of the primary semiconductor nanoparticles described above, M 3 The salt is used together with the salt of M 1 and the salt of M 2 . The preparation ratio of the salt of M 1, the salt of M 2, the salt of M 3 , and the compound that is a source of Z or a ligand having Z as a coordination element is (M 1 M 2 ) x M 3 y Te It is preferable to set it as x: x: y: 2 (molar ratio) corresponding to the compositional formula of the stoichiometry composition of 2 (in Formula, x + y = 2). The salt of M 3 may be either an organic acid salt or an inorganic acid salt. Specifically, the salt of M 3 may be any of nitrate, acetate, sulfate, hydrochloride and sulfonate. Others are the same as in the method for producing ternary primary semiconductor nanoparticles, and thus the detailed description thereof is omitted here.

三元系または四元系の半導体ナノ粒子をMの一部が他の金属元素で置換された組成のものとする場合には、一次半導体ナノ粒子の製造の際に、当該他の金属元素の塩を用いる。その場合、金属元素の置換量が所望のものとなるように、Mの塩および金属元素の塩の仕込み比を調整する。同様に、四元系の半導体ナノ粒子を製造する場合に、その組成をMの一部が他の金属元素で置換されたものとするときには、一次半導体ナノ粒子の製造の際に、当該他の金属元素の塩を用いる。 When the ternary or quaternary semiconductor nanoparticles have a composition in which a part of M 2 is substituted by another metal element, the other metal elements are produced in the production of the primary semiconductor nanoparticles. Use the salt of In that case, the preparation ratio of the salt of M 2 and the salt of the metal element is adjusted so that the substitution amount of the metal element is as desired. Similarly, in the case of producing quaternary semiconductor nanoparticles, when it is assumed that the composition of M 3 is partially replaced with another metal element, the other semiconductor nanoparticles are produced during production of the primary semiconductor nanoparticles. The salt of the metal element of

上記の方法で作製した三元系または四元系の一次半導体ナノ粒子は、反応終了後、溶媒から分離してよく、必要に応じて、さらに精製してよい。分離は、例えば、粒子を作製した後、混合液を遠心分離に付して、上澄み液を取り出すことにより行う。精製は、上澄み液にアルコールを加えて、遠心分離に付して沈殿させ、その沈殿を取り出し(あるいは上澄み液を除去して)、分離した沈殿を、例えば真空脱気または自然乾燥により乾燥させる、あるいは有機溶媒に溶解させる方法で実施してよい。精製(アルコールの添加と遠心分離)は必要に応じて複数回実施してよい。精製に用いるアルコールとして、メタノール、エタノール、n−プロパノール等の低級アルコールを用いてよい。沈殿を有機溶媒に溶解させる場合、有機溶媒として、クロロホルム、トルエン、シクロヘキサン、ヘキサン、ペンタン、オクタン等を用いてよい。   The ternary or quaternary primary semiconductor nanoparticles produced by the above method may be separated from the solvent after completion of the reaction, and may be further purified as required. The separation is performed, for example, by preparing the particles, centrifuging the mixture, and removing the supernatant. Purification is carried out by adding alcohol to the supernatant, centrifuging to precipitate, removing the precipitate (or removing the supernatant), and drying the separated precipitate by, for example, vacuum degassing or natural drying, Or you may implement by the method of making it melt | dissolve in an organic solvent. Purification (addition of alcohol and centrifugation) may be performed multiple times as necessary. As alcohols used for purification, lower alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol and the like may be used. When the precipitate is dissolved in an organic solvent, chloroform, toluene, cyclohexane, hexane, pentane, octane or the like may be used as the organic solvent.

一次半導体ナノ粒子を精製した後、乾燥させる場合、乾燥は真空脱気により実施してよく、あるいは自然乾燥により実施してよく、あるいはまた、真空脱気と自然乾燥との組み合わせにより実施してよい。自然乾燥は、例えば、大気中に常温常圧にて放置することにより実施してよく、その場合、20時間以上、例えば、30時間程度放置してよい。   If the primary semiconductor nanoparticles are purified and then dried, drying may be performed by vacuum degassing, or may be performed by natural drying, or alternatively, may be performed by a combination of vacuum degassing and natural drying . Natural drying may be carried out, for example, by leaving it in the atmosphere at normal temperature and pressure, and in that case, it may be left for 20 hours or more, for example, about 30 hours.

(一次半導体ナノ粒子の分散液)
一次半導体ナノ粒子をシェルで被覆するに際しては、これを適切な溶媒に分散させた分散液を調製し、当該分散液中でシェルとなる半導体層を形成する。一次半導体ナノ粒子が分散した液体においては、散乱光が生じないため、分散液は一般に透明(有色または無色)のものとして得られる。一次半導体ナノ粒子を分散させる溶媒は特に限定されず、一次半導体ナノ粒子を作製するときと同様、任意の有機溶媒(特に、エタノール等の極性の高い有機溶媒)であってよい。有機溶媒は、表面修飾剤、または表面修飾剤を含む溶液であってよい。例えば、有機溶媒は、シェルに関連して説明した表面修飾剤である、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物から選ばれる少なくとも1つであってよく、あるいは、炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物から選ばれる少なくとも1つであってよく、あるいは炭素数4〜20の炭化水素基を有する含窒素化合物から選ばれる少なくとも1つと炭素数4〜20の炭化水素基を有する含硫黄化合物から選ばれる少なくとも1つとの組み合わせであってよい。含窒素化合物としては、特に、特に純度の高いものが入手しやすい点と沸点が290℃を超える点から、n‐テトラデシルアミンが好ましい。具体的な有機溶媒としては、オレイルアミン、n‐テトラデシルアミン、ドデカンチオール、またはその組み合わせがある。
(Dispersion liquid of primary semiconductor nanoparticles)
When the primary semiconductor nanoparticles are coated with a shell, a dispersion in which this is dispersed in an appropriate solvent is prepared, and a semiconductor layer to be a shell in the dispersion is formed. In the liquid in which the primary semiconductor nanoparticles are dispersed, since the scattered light does not occur, the dispersion is generally obtained as a transparent (colored or colorless) one. The solvent in which the primary semiconductor nanoparticles are dispersed is not particularly limited, and may be any organic solvent (in particular, a highly polar organic solvent such as ethanol) as in the preparation of the primary semiconductor nanoparticles. The organic solvent may be a surface modifier, or a solution comprising a surface modifier. For example, the organic solvent may be at least one selected from nitrogen-containing compounds having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, which are surface modifiers described in relation to the shell, or It may be at least one selected from sulfur-containing compounds having 20 hydrocarbon groups, or at least one hydrocarbon selected from nitrogen-containing compounds having 4 to 20 carbon atoms and having 4 to 20 carbon atoms It may be a combination with at least one selected from sulfur-containing compounds having a group. As the nitrogen-containing compound, in particular, n-tetradecylamine is preferable in that particularly high purity compounds are easily available and the boiling point exceeds 290 ° C. Specific organic solvents include oleylamine, n-tetradecylamine, dodecanethiol, or combinations thereof.

一次半導体ナノ粒子の分散液は、分散液に占める粒子の割合が、例えば、0.02質量%〜1質量%、特に0.1質量%〜0.6質量%となるように調製してよい。分散液に占める粒子の割合が小さすぎると貧溶媒による凝集・沈澱プロセスによる生成物の回収が困難になり、大きすぎるとコアを構成する材料のオストワルド熟成、衝突による融合の割合が増加し、粒径分布が広くなる傾向にある。   The dispersion of primary semiconductor nanoparticles may be prepared such that the proportion of particles in the dispersion is, for example, 0.02% by mass to 1% by mass, in particular 0.1% by mass to 0.6% by mass. . If the proportion of particles in the dispersion is too small, it becomes difficult to recover the product by the poor solvent aggregation / precipitation process, and if it is too large, the proportion of Ostwald ripening and collision coalescence of the material constituting the core increases. The diameter distribution tends to be wide.

(シェルの形成)
シェルとなる半導体の層の形成は、第13族元素を含む化合物と、第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物とを、上記分散液に加えて実施する。
第13族元素を含む化合物は、第13族元素源となるものであり、例えば、第13族元素の有機塩、無機塩、および有機金属化合物等である。具体的には、第13族元素を含む化合物としては、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩酸塩、スルホン酸塩、アセチルアセトナト錯体が挙げられ、好ましくは酢酸塩等の有機塩、または有機金属化合物である。有機塩および有機金属化合物は有機溶媒への溶解度が高く、反応をより均一に進行させやすいことによる。
(Formation of shell)
The formation of the layer of the semiconductor to be the shell is carried out by adding a compound containing a Group 13 element and a compound containing a single Group 16 element or a compound containing a Group 16 element to the above dispersion liquid.
The compound containing a Group 13 element is a source of a Group 13 element, and examples thereof include organic salts, inorganic salts, and organic metal compounds of the Group 13 element. Specifically, examples of the compound containing a Group 13 element include nitrates, acetates, sulfates, hydrochlorides, sulfonates and acetylacetonato complexes, preferably organic salts such as acetates, or organic metals It is a compound. Organic salts and organometallic compounds have high solubility in organic solvents, and are likely to promote the reaction more uniformly.

第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物は、第16族元素源となるものである。例えば、第16族元素として硫黄(S)をシェルの構成元素とする場合には、高純度硫黄のような硫黄単体を用いることができ、あるいは、n−ブタンチオール、イソブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等のチオール、ジベンジルジスルフィドのようなジスルフィド、チオウレア、チオカルボニル化合物等の硫黄含有化合物を用いることができる。   The simple substance of the Group 16 element or the compound containing the Group 16 element is a source of the Group 16 element. For example, when sulfur (S) is used as a constituent element of the shell as a Group 16 element, elemental sulfur such as high purity sulfur can be used, or n-butanethiol, isobutanethiol, n-pentanethiol Thiols such as n-hexanethiol, octanethiol, decanethiol, dodecanethiol, hexadecanethiol, octadecanethiol and the like, disulfides such as dibenzyl disulfide, and sulfur-containing compounds such as thiourea and thiocarbonyl compounds can be used.

第16族元素として、酸素(O)をシェルの構成元素とする場合には、アルコール、エーテル、カルボン酸、ケトン、Nオキシド化合物を、第16族元素源として用いてよい。第16族元素として、セレン(Se)をシェルの構成元素とする場合には、セレン単体、またはセレン化ホスフィンオキシド、有機セレン化合物(ジベンジルジセレニドやジフェニルジセレニド)もしくは水素化物等の化合物を、第16族元素源として用いてよい。第16族元素として、テルル(Te)をシェルの構成元素とする場合には、テルル単体、テルル化ホスフィンオキシド、または水素化物を、第16族元素源として用いてよい。   When oxygen (O) is used as the constituent element of the shell as the group 16 element, alcohols, ethers, carboxylic acids, ketones, and N oxide compounds may be used as the group 16 element source. When selenium (Se) is used as a constituent element of the shell as a Group 16 element, elemental selenium, selenium selenide phosphine oxide, organic selenium compounds (dibenzyl diselenide and diphenyl diselenide) or hydrides, etc. The compounds may be used as a Group 16 element source. When tellurium (Te) is used as the constituent element of the shell as the Group 16 element, tellurium alone, tellurium phosphine oxide, or a hydride may be used as the source of the Group 16 element.

第13族元素源および第16族元素源を分散液に添加する方法は特に限定されない。例えば、第13族元素源および第16族元素源を、有機溶媒に分散または溶解させた混合液を準備し、この混合液を分散液に少量ずつ、例えば、滴下する方法で添加してよい。この場合、混合液は、0.1mL/時間〜10mL/時間、特に1mL/時間〜5mL/時間の速度で添加してよい。また、混合液は、加熱した分散液に添加してよい。具体的には、例えば、分散液を昇温して、そのピーク温度が200℃〜290℃となるようにし、ピーク温度に達してから、ピーク温度を保持した状態で、混合液を少量ずつ加え、その後、降温させる方法で、シェル層を形成してよい(スローインジェクション法)。ピーク温度は、混合液の添加を終了した後も必要に応じて保持してよい。   The method for adding the Group 13 element source and the Group 16 element source to the dispersion is not particularly limited. For example, a mixed solution in which a Group 13 element source and a Group 16 element source are dispersed or dissolved in an organic solvent may be prepared, and this mixed solution may be added to the dispersion little by little, for example, by a dropping method. In this case, the mixture may be added at a rate of 0.1 mL / hr to 10 mL / hr, in particular 1 mL / hr to 5 mL / hr. The mixture may also be added to the heated dispersion. Specifically, for example, the temperature of the dispersion is raised so that the peak temperature is 200 ° C. to 290 ° C., and after the peak temperature is reached, the mixed solution is added little by little while maintaining the peak temperature. Then, the shell layer may be formed by a method of lowering the temperature (slow injection method). The peak temperature may be maintained as necessary after the addition of the mixture is finished.

ピーク温度が低すぎると、一次半導体ナノ粒子を修飾している表面修飾剤が十分に脱離しない、またはシェル生成のための化学反応が十分に進行しない等の理由により、半導体の層(シェル)の形成が不十分となることがある。ピーク温度が高すぎると、一次半導体ナノ粒子に変質が生じることがあり、シェルを形成してもバンド端発光が得られないことがある。ピーク温度を保持する時間は、混合液の添加が開始されてからトータルで1分間〜300分間、特に10分間〜60分間であってよい。ピーク温度の保持時間は、ピーク温度との関係で選択され、ピーク温度がより低い場合には保持時間をより長くし、ピーク温度がより高い場合には保持時間をより短くすると、良好なシェル層が形成されやすい。昇温速度および降温速度は特に限定されず、降温は、例えばピーク温度で所定時間保持した後、加熱源(例えば電気ヒーター)をoffとして放冷することにより実施してよい。   If the peak temperature is too low, the surface modifier that is modifying the primary semiconductor nanoparticles may not be sufficiently detached, or the chemical reaction for shell formation may not proceed sufficiently, and so on. May be insufficient. If the peak temperature is too high, the primary semiconductor nanoparticles may be altered, and even if a shell is formed, band edge emission may not be obtained. The time for maintaining the peak temperature may be a total of 1 minute to 300 minutes, particularly 10 minutes to 60 minutes after the addition of the mixture is started. The retention time of the peak temperature is selected in relation to the peak temperature, a longer shell time if the peak temperature is lower, and a shorter shell time if the peak temperature is higher, a good shell layer Is easy to form. The temperature raising rate and the temperature lowering rate are not particularly limited, and the temperature may be lowered by, for example, leaving the heat source (for example, an electric heater) off after holding for a predetermined time at the peak temperature.

あるいは、第13族元素源および第16族元素源は、直接、全量を分散液に添加してよい。それから、第13族元素源および第16族元素源が添加された分散液を加熱することにより、シェルである半導体層を一次半導体ナノ粒子の表面に形成してよい(ヒーティングアップ法)。具体的には、第13族元素源および第16族元素源を添加した分散液は、例えば、徐々に昇温して、そのピーク温度が200℃〜290℃となるようにし、ピーク温度で1分間〜300分間保持した後、徐々に降温させるやり方で加熱してよい。昇温速度は例えば1℃/分〜50℃/分としてよく、降温速度は例えば1℃/分〜100℃/分としてよい。あるいは、昇温速度を特に制御することなく、所定のピーク温度となるように加熱してよく、また、降温を一定速度で実施せず、加熱源をoffとして放冷することにより実施してもよい。ピーク温度が低すぎる、または高すぎる場合の問題点は上記混合液を添加する方法で説明したとおりである。   Alternatively, the entire Group 13 element source and Group 16 element source may be added directly to the dispersion. Then, the semiconductor layer serving as the shell may be formed on the surface of the primary semiconductor nanoparticles by heating the dispersion to which the Group 13 element source and the Group 16 element source are added (heating-up method). Specifically, for example, the dispersion to which the Group 13 element source and the Group 16 element source are added is gradually heated to have a peak temperature of 200 ° C. to 290 ° C .; After holding for 300 minutes for a minute, heating may be performed by gradually lowering the temperature. The temperature rising rate may be, for example, 1 ° C./min to 50 ° C./min, and the temperature falling rate may be, for example, 1 ° C./min to 100 ° C./min. Alternatively, heating may be performed so as to reach a predetermined peak temperature without particularly controlling the temperature rising rate, or temperature lowering may not be performed at a constant rate, but may be performed by leaving the heat source to be off and leaving it to cool. Good. Problems when the peak temperature is too low or too high are as described in the method of adding the above mixture.

ヒーティングアップ法によれば、スローインジェクション法でシェルを形成する場合と比較して、より強いバンド端発光を与えるコアシェル構造の半導体ナノ粒子が得られる傾向にある。   According to the heating up method, semiconductor nanoparticles having a core-shell structure giving stronger band edge emission tend to be obtained as compared with the case of forming a shell by the slow injection method.

いずれの方法で第13族元素源および第16族元素源を添加する場合でも、両者の仕込み比は、第13族元素と第16族元素とからなる化合物半導体の化学量論組成比に対応させることが好ましい。例えば、第13族元素源としてIn源を、第16族元素源としてS源を用いる場合には、Inの組成式に対応して、仕込み比は1:1.5(In:S)とすることが好ましい。同様に、第13族元素源としてGa源を、第16族元素源としてS源を用いる場合には、Gaの組成式に対応して、仕込み比は1:1.5(Ga:S)とすることが好ましい。尤も、仕込み比は、必ずしも化学量論組成比にしなくてよく、目的とするシェルの生成量よりも過剰量で原料を仕込む場合には、例えば、第16族元素源を化学量論組成比より少なくしてよく、例えば、仕込み比を1:1(第13族:第16族)としてもよい。 Whatever method is used to add the Group 13 element source and the Group 16 element source, the preparation ratio of the two corresponds to the stoichiometric composition ratio of the compound semiconductor consisting of the Group 13 element and the Group 16 element. Is preferred. For example, when an In source is used as a Group 13 element source and an S source is used as a Group 16 element source, the preparation ratio is 1: 1.5 (In: S corresponding to the composition formula of In 2 S 3 It is preferable to set it as Similarly, when a Ga source is used as a Group 13 element source and an S source is used as a Group 16 element source, the preparation ratio is 1: 1.5 (Ga :: corresponding to the composition formula of Ga 2 S 3 It is preferable to set it as S). However, the feed ratio does not necessarily have to be the stoichiometric composition ratio, and when the raw material is charged in excess of the target shell production amount, for example, the Group 16 element source is For example, the feed ratio may be 1: 1 (13: 16).

また、分散液中に存在する一次半導体ナノ粒子に所望の厚さのシェルが形成されるように、仕込み量は、分散液に含まれる一次半導体ナノ粒子の量を考慮して選択する。例えば、一次半導体ナノ粒子の、粒子としての物質量10nmolに対して、第13族元素および第16族元素から成る化学量論組成の化合物半導体が0.01mmol〜10mmol、特に0.1mmol〜1mmol生成されるように、第13族元素源および第16族元素源の仕込み量を決定してよい。ただし、粒子としての物質量というのは、粒子1つを巨大な分子と見なしたときのモル量であり、分散液に含まれるナノ粒子の個数を、アボガドロ数(N=6.022×1023)で除した値に等しい。 In addition, the preparation amount is selected in consideration of the amount of primary semiconductor nanoparticles contained in the dispersion so that a shell of a desired thickness is formed on the primary semiconductor nanoparticles present in the dispersion. For example, the compound semiconductor of the stoichiometry composition which consists of a group 13 element and a group 16 element produces 0.01mmol-10mmol, especially 0.1mmol-1mmol to the substance mass 10nmol as a particle of the primary semiconductor nanoparticle As noted, the loadings of the Group 13 element source and the Group 16 element source may be determined. However, the amount of substance as a particle is the molar amount when one particle is regarded as a large molecule, and the number of nanoparticles contained in the dispersion is the Avogadro number (N A = 6.022 × It is equal to the value divided by 10 23 ).

本実施形態の製造方法においては、第13族元素源として、酢酸インジウムまたはガリウムアセチルアセトナトを用い、第16族元素源として、硫黄単体またはジベンジルジスルフィドを用いて、分散液として、n‐テトラデシルアミンを用いて、硫化インジウムまたは硫化ガリウムを含むシェルを形成することが好ましい。   In the manufacturing method of this embodiment, n-tetra is used as a dispersion, using indium acetate or gallium acetylacetonato as a Group 13 element source, and using elemental sulfur or dibenzyl disulfide as a Group 16 element source. Preferably, decylamine is used to form a shell comprising indium sulfide or gallium sulfide.

ヒーティングアップ法で、ジベンジルジスルフィドを第16族元素源(硫黄源)として用いると、ピーク温度到達後の保持時間が短くても(例えば、20分以上30分以下)、シェルが十分に形成されて、強いバンド端発光を与える半導体ナノ粒子が得られやすい。硫黄単体を用いてシェルを形成する場合、ピーク温度到達後の保持時間が短いと、バンド端発光の強い半導体ナノ粒子は得られにくいが、保持時間を長くすると(例えば、40分以上、特に50分以上、上限は例えば60分以下)、バンド端発光の強い半導体ナノ粒子が得られやすくなる。また、硫黄単体を用いて、保持時間を長くした場合には、ジベンジルジスルフィドを用いて作製した半導体ナノ粒子よりも高い発光強度のバンド端発光を得ることができる。さらに、硫黄単体を使用したヒーティングアップ法によれば、保持時間を長くすることにより、欠陥発光に由来するブロードなピークの強度がバンド端発光のピークの強度よりも十分に小さい発光スペクトルを与える半導体ナノ粒子が得られる。さらにまた、硫黄源の種類によらず、保持時間を長くするほど、得られる半導体ナノ粒子が発するバンド端発光のピークが長波長側にシフトする傾向にある。
また、ヒーティングアップ法で、分散液にn‐テトラデシルアミンを用いると、欠陥発光に由来するブロードなピークの強度がバンド端発光のピークの強度よりも十分に小さい発光スペクトルを与える半導体ナノ粒子が得られる。
上記の傾向は、第13族元素源としてガリウム源を使用した場合に、有意に認められる。
When dibenzyl disulfide is used as a Group 16 element source (sulfur source) in the heating up method, the shell is sufficiently formed even if the retention time after reaching the peak temperature is short (for example, 20 minutes or more and 30 minutes or less) It is easy to obtain semiconductor nanoparticles that give strong band edge emission. When a shell is formed using elemental sulfur, semiconductor nanoparticles with strong band edge emission are difficult to obtain if the retention time after reaching the peak temperature is short, but if the retention time is extended (eg, 40 minutes or more, particularly 50) The upper limit is, for example, 60 minutes or more), and semiconductor nanoparticles having strong band edge emission can be easily obtained. In addition, when sulfur is used for a longer holding time, it is possible to obtain band edge light emission with higher emission intensity than semiconductor nanoparticles manufactured using dibenzyl disulfide. Furthermore, according to the heating up method using elemental sulfur, by prolonging the retention time, the intensity of the broad peak derived from the defect emission gives an emission spectrum sufficiently smaller than the intensity of the peak of the band edge emission. Semiconductor nanoparticles are obtained. Furthermore, regardless of the type of sulfur source, the peak of band edge emission emitted from the obtained semiconductor nanoparticles tends to shift to the longer wavelength side as the retention time becomes longer.
In addition, when n-tetradecylamine is used as the dispersion in the heating up method, semiconductor nanoparticles giving an emission spectrum in which the intensity of a broad peak derived from defect emission is sufficiently smaller than the intensity of a peak of band edge emission Is obtained.
The above tendency is significant when using a gallium source as a Group 13 element source.

このようにして、シェルを形成してコアシェル構造の半導体ナノ粒子が形成される。得られたコアシェル構造の半導体ナノ粒子は、溶媒から分離してよく、必要に応じて、さらに精製および乾燥してよい。分離、精製および乾燥の方法は、先に一次半導体ナノ粒子に関連して説明したとおりであるから、ここではその詳細な説明を省略する。   Thus, a shell is formed to form a core-shell semiconductor nanoparticle. The obtained core-shell structure semiconductor nanoparticles may be separated from the solvent, and may be further purified and dried as needed. The method of separation, purification and drying is as described above in relation to the primary semiconductor nanoparticles, and thus the detailed description thereof is omitted here.

(発光デバイス)
次に、本発明に係る別の実施形態として、上記において説明したコアシェル構造の半導体ナノ粒子を用いた、発光デバイスを説明する。
本発明の実施形態である発光デバイスは、光変換部材および半導体発光素子を含む発光デバイスであって、光変換部材に上記において説明したコアシェル構造の半導体ナノ粒子を含むものである。この発光デバイスによれば、例えば、半導体発光素子からの発光の一部を、コアシェル構造の半導体ナノ粒子が吸収してより長波長の光が発せられる。そして、コアシェル構造の半導体ナノ粒子からの光と半導体発光素子からの発光の残部とが混合され、その混合光を発光デバイスの発光として利用できる。
(Light emitting device)
Next, as another embodiment according to the present invention, a light emitting device using the semiconductor nanoparticles of the core-shell structure described above will be described.
A light emitting device which is an embodiment of the present invention is a light emitting device including a light conversion member and a semiconductor light emitting element, and the light conversion member includes the semiconductor nanoparticles of the core-shell structure described above. According to this light emitting device, for example, the semiconductor nanoparticles of the core-shell structure absorb a part of the light emitted from the semiconductor light emitting element to emit light of a longer wavelength. Then, the light from the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure and the remainder of the light emission from the semiconductor light emitting element are mixed, and the mixed light can be used as the light emission of the light emitting device.

具体的には、半導体発光素子としてピーク波長が400nm〜490nm程度の青紫色光または青色光を発するものを用い、コアシェル構造の半導体ナノ粒子として青色光を吸収して黄色光を発光するものを用いれば、白色光を発光する発光デバイスを得ることができる。あるいは、コアシェル構造の半導体ナノ粒子として、青色光を吸収して緑色光を発光するものと、青色光を吸収して赤色光を発光するものの2種類を用いても、白色発光デバイスを得ることができる。
あるいは、ピーク波長が400nm以下の紫外線を発光する半導体発光素子を用い、紫外線を吸収して青色光、緑色光、赤色光をそれぞれ発光する、三種類のコアシェル構造の半導体ナノ粒子を用いる場合でも、白色発光デバイスを得ることができる。この場合、発光素子から発せられる紫外線が外部に漏れないように、発光素子からの光をすべて半導体ナノ粒子に吸収させて変換させることが望ましい。
Specifically, a semiconductor light emitting element that emits blue-violet light or blue light having a peak wavelength of about 400 nm to 490 nm is used, and semiconductor nanoparticles having a core-shell structure that absorbs blue light to emit yellow light are used. For example, a light emitting device that emits white light can be obtained. Alternatively, a white light emitting device can be obtained by using two types of semiconductor nanoparticles having a core-shell structure, one that absorbs blue light and emits green light and the other that absorbs blue light and emits red light. it can.
Alternatively, even in the case of using semiconductor nanoparticles of three types of core-shell structures that use a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light with a peak wavelength of 400 nm or less and that absorbs ultraviolet light to emit blue light, green light, and red light, respectively. A white light emitting device can be obtained. In this case, it is preferable that the semiconductor nanoparticles absorb and convert all the light from the light emitting element so that the ultraviolet light emitted from the light emitting element does not leak to the outside.

あるいはまた、ピーク波長が490nm〜510nm程度の青緑色光を発するものを用い、コアシェル構造の半導体ナノ粒子として上記の青緑色光を吸収して赤色光を発するものを用いれば、白色光を発光するデバイスを得ることができる。
あるいはまた、半導体発光素子として波長700nm〜780nmの赤色光を発光するものを用い、コアシェル構造の半導体ナノ粒子として、赤色光を吸収して近赤外線を発光するものを用いれば、近赤外線を発光する発光デバイスを得ることもできる。
Alternatively, white light is emitted by using semiconductor nanoparticles having a peak wavelength of about 490 nm to 510 nm and emitting blue light as the semiconductor nanoparticles having a core-shell structure. You can get the device.
Alternatively, if a semiconductor light emitting element that emits red light with a wavelength of 700 nm to 780 nm is used and a semiconductor nanoparticle having a core-shell structure that absorbs red light and emits near infrared light, near infrared light is emitted. A light emitting device can also be obtained.

コアシェル構造の半導体ナノ粒子は、他の半導体量子ドットと組み合わせて用いてよく、あるいは他の量子ドットではない蛍光体(例えば、有機蛍光体または無機蛍光体)と組み合わせて用いてよい。他の半導体量子ドットは、例えば、背景技術の欄で説明した二元系の半導体量子ドットである。量子ドットではない蛍光体として、アルミニウムガーネット系等のガーネット系蛍光体を用いることができる。ガーネット蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられる。他にユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体、β−SiAlON系蛍光体、CASN系又はSCASN系等の窒化物系蛍光体、LnSiN11系又はLnSiAlON系等の希土類窒化物系蛍光体、BaSi:Eu系又はBaSi12:Eu系等の酸窒化物系蛍光体、CaS系、SrGa系、SrAl系、ZnS系等の硫化物系蛍光体、クロロシリケート系蛍光体、SrLiAl:Eu蛍光体、SrMgSiN:Eu蛍光体、マンガンで賦活されたフッ化物錯体蛍光体としてのKSiF:Mn蛍光体などを用いることができる。 The core-shell semiconductor nanoparticles may be used in combination with other semiconductor quantum dots, or may be used in combination with other non-quantum phosphors (eg, organic phosphors or inorganic phosphors). Other semiconductor quantum dots are, for example, binary semiconductor quantum dots described in the Background section. A garnet-based phosphor such as an aluminum garnet-based phosphor can be used as the phosphor that is not a quantum dot. Examples of garnet phosphors include yttrium-aluminum-garnet phosphors activated with cerium and lutetium-aluminum-garnet phosphors activated with cerium. In addition, nitrogen-containing calcium aluminosilicate phosphor activated with europium and / or chromium, silicate phosphor activated with europium, β-SiAlON phosphor, nitride phosphor such as CASN or SCASN, etc. Rare earth nitride phosphors such as LnSi 3 N 11 or LnSiAlON, oxynitrides such as BaSi 2 O 2 N 2 : Eu, or Ba 3 Si 6 O 12 N 2 : Eu, CaS, SrGa 2 S 4 type, SrAl 2 O 4 system, sulfide-based phosphor of ZnS-based, etc., chloro silicate-based phosphor, SrLiAl 3 N 4: Eu phosphor, SrMg 3 SiN 4: Eu phosphor, activated with manganese A K 2 SiF 6 : Mn phosphor or the like as a fluoride complex phosphor can be used.

発光デバイスにおいて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子を含む光変換部材は、例えばシートまたは板状部材であってよく、あるいは三次元的な形状を有する部材であってよい。三次元的な形状を有する部材の例は、表面実装型の発光ダイオードにおいて、パッケージに形成された凹部の底面に半導体発光素子が配置されているときに、発光素子を封止するために凹部に樹脂が充填されて形成された封止部材である。   In the light emitting device, the light conversion member including the core-shell structured semiconductor nanoparticles may be, for example, a sheet or a plate-like member, or may be a member having a three-dimensional shape. An example of a member having a three-dimensional shape is a surface mount type light emitting diode, in which a recess is formed to seal the light emitting element when the semiconductor light emitting element is disposed on the bottom of the recess formed in the package. It is a sealing member formed by being filled with resin.

または、光変換部材の別の例は、平面基板上に半導体発光素子が配置されている場合にあっては、前記半導体発光素子の上面および側面を略均一な厚みで取り囲むように形成された樹脂部材である。
あるいはまた、光変換部材のさらに別の例は、半導体発光素子の周囲にその上端が半導体発光素子と同一平面を構成するように反射材を含む樹脂部材が充填されている場合にあっては、前記半導体発光素子および前記反射材を含む樹脂部材の上部に、所定の厚さで平板状に形成された樹脂部材である。
Alternatively, another example of the light conversion member is a resin formed so as to surround the upper surface and the side surface of the semiconductor light emitting device with a substantially uniform thickness when the semiconductor light emitting device is disposed on a flat substrate. It is a member.
Alternatively, still another example of the light conversion member is a case where a resin member containing a reflective material is filled around the semiconductor light emitting element so that the upper end thereof is flush with the semiconductor light emitting element. It is the resin member formed in flat form by predetermined thickness on the upper part of the resin member containing the said semiconductor light emitting element and the said reflecting material.

光変換部材は半導体発光素子に接してよく、あるいは半導体発光素子から離れて設けられていてよい。具体的には、光変換部材は、半導体発光素子から離れて配置される、ペレット状部材、シート部材、板状部材または棒状部材であってよく、あるいは半導体発光素子に接して設けられる部材、例えば、封止部材、コーティング部材(モールド部材とは別に設けられる発光素子を覆う部材)またはモールド部材(例えば、レンズ形状を有する部材を含む)であってよい。
また、発光デバイスにおいて、異なる波長の発光を示す2種類以上のコアシェル構造の半導体ナノ粒子を用いる場合には、1つの光変換部材内で前記2種類以上のコアシェル構造の半導体ナノ粒子が混合されていてもよいし、あるいは1種類の量子ドットのみを含む光変換部材を2つ以上組み合わせて用いてもよい。この場合、2種類以上の光変換部材は積層構造を成してもよいし、平面上にドット状ないしストライプ状のパターンとして配置されていてもよい。
The light conversion member may be in contact with the semiconductor light emitting element or may be provided apart from the semiconductor light emitting element. Specifically, the light conversion member may be a pellet-like member, a sheet member, a plate-like member or a rod-like member disposed apart from the semiconductor light emitting device, or a member provided in contact with the semiconductor light emitting device, for example It may be a sealing member, a coating member (a member covering a light emitting element provided separately from the mold member), or a mold member (for example, a member having a lens shape).
In the case of using semiconductor nanoparticles of two or more types of core-shell structure that emit light of different wavelengths in a light emitting device, semiconductor nanoparticles of the two or more types of core-shell structure are mixed in one light conversion member. Alternatively, two or more light conversion members including only one type of quantum dot may be used in combination. In this case, the two or more types of light conversion members may form a laminated structure, or may be arranged as a dot-like or stripe-like pattern on a plane.

半導体発光素子としてはLEDチップが挙げられる。LEDチップは、GaN、GaAs、InGaN、AlInGaP、GaP、SiC、及びZnO等から成る群より選択される一種又は二種以上から成る半導体層を備えたものであってよい。青紫色光、青色光、または紫外線を発光する半導体発光素子は、好ましくは、一般式がInAlGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)で表わされるGaN系化合物を半導体層として備えたものであることが好ましい。 An LED chip is mentioned as a semiconductor light emitting element. The LED chip may include one or more semiconductor layers selected from the group consisting of GaN, GaAs, InGaN, AlInGaP, GaP, SiC, and ZnO. Violet light, the semiconductor light emitting element which emits blue light, or ultraviolet light, is preferably represented in the general formula In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y <1) It is preferable that a GaN-based compound be provided as a semiconductor layer.

本実施形態の発光デバイスは、光源として液晶表示装置に組み込まれることが好ましい。コアシェル構造の半導体ナノ粒子によるバンド端発光は発光寿命の短いものであるため、これを用いた発光デバイスは、比較的速い応答速度が要求される液晶表示装置の光源に適している。また、本実施形態のコアシェル構造の半導体ナノ粒子は、バンド端発光として半値幅の小さい発光ピークを示し得る。したがって、発光デバイスにおいて:
− 青色半導体発光素子によりピーク波長が420nm〜490nmの範囲内にある青色光を得るようにし、コアシェル構造の半導体ナノ粒子により、ピーク波長が510nm〜550nm、好ましくは530nm〜540nmの範囲内にある緑色光、およびピーク波長が600nm〜680nm、好ましくは630〜650nmの範囲内にある赤色光を得るようにする;または、
− 発光デバイスにおいて、半導体発光素子によりピーク波長400nm以下の紫外光を得るようにし、コアシェル構造の半導体ナノ粒子によりピーク波長430nm〜470nm、好ましくは440〜460nmの範囲内にある青色光、ピーク波長が510nm〜550nm、好ましくは530〜540nmの緑色光、およびピーク波長が600〜680nm、好ましくは630〜650nmの範囲内にある赤色光を得るようにする
ことによって、濃いカラーフィルターを用いることなく、色再現性の良い液晶表示装置が得られる。本実施形態の発光デバイスは、例えば、直下型のバックライトとして、またはエッジ型のバックライトとして用いられる。
The light emitting device of the present embodiment is preferably incorporated into a liquid crystal display as a light source. Since the band edge emission by semiconductor nanoparticles of the core-shell structure has a short emission life, a light emitting device using this is suitable for a light source of a liquid crystal display device which requires a relatively fast response speed. Moreover, the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure of the present embodiment can exhibit a light emission peak with a small half width as band edge light emission. Thus, in the light emitting device:
-A blue semiconductor light emitting device is used to obtain blue light having a peak wavelength in the range of 420 nm to 490 nm, and a semiconductor nanoparticle having a core-shell structure has a peak wavelength in the range of 510 nm to 550 nm, preferably 530 nm to 540 nm Light and red light having a peak wavelength in the range of 600 nm to 680 nm, preferably 630 to 650 nm; or
-In a light emitting device, ultraviolet light having a peak wavelength of 400 nm or less is obtained by a semiconductor light emitting element, and blue light having a peak wavelength of 430 nm to 470 nm, preferably 440 to 460 nm, and a peak wavelength By using green light of 510 nm to 550 nm, preferably 530 to 540 nm, and red light with a peak wavelength in the range of 600 to 680 nm, preferably 630 to 650 nm, without using dark color filters A liquid crystal display device with good reproducibility can be obtained. The light emitting device of this embodiment is used, for example, as a direct type backlight or as an edge type backlight.

あるいは、コアシェル構造の半導体ナノ粒子を含む、樹脂もしくはガラス等からなるシート、板状部材、またはロッドが、発光デバイスとは独立した光変換部材として液晶表示装置に組み込まれていてよい。   Alternatively, a sheet made of resin, glass or the like, a plate-like member, or a rod containing semiconductor nanoparticles having a core-shell structure may be incorporated in the liquid crystal display device as a light conversion member independent of the light emitting device.

(実施例1)
(1)一次半導体ナノ粒子(Ag−In−S)の作製
酢酸銀(AgOAc)、酢酸インジウム(In(OAc))をそれぞれ0.4mmol、チオ尿素を0.8mmol、11.8mLのオレイルアミン、および0.2mLの1−ドデカンチオールを、二つ口フラスコに入れ、真空脱気(常温にて3min)した後Ar雰囲気下にて、10℃/minの昇温速度で、200°Cに達するまで昇温した。得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径150mm、2500rpm、10分間)に付し、上澄みである濃い赤色の溶液を取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)に付し、沈殿物を常温で真空乾燥し、半導体ナノ粒子(一次半導体ナノ粒子)を得た。
Example 1
(1) Preparation of Primary Semiconductor Nanoparticles (Ag-In-S) Silver acetate (AgOAc), indium acetate (In (OAc) 3 ) 0.4 mmol each, thiourea 0.8 mmol, 11.8 mL oleylamine, And 0.2 mL of 1-dodecanethiol are placed in a two-necked flask and vacuum degassed (3 min at normal temperature), and then reaches 200 ° C. at a temperature rise rate of 10 ° C./min under an Ar atmosphere The temperature rose to the end. The obtained suspension was allowed to cool, and then subjected to centrifugation (radius 150 mm, 2500 rpm, 10 minutes) to remove the supernatant deep red solution. To this was added methanol until precipitation of nanoparticles was generated, and subjected to centrifugation (radius 150 mm, 2500 rpm, 3 minutes), and the precipitate was vacuum dried at room temperature to obtain semiconductor nanoparticles (primary semiconductor nanoparticles) .

得られた一次半導体ナノ粒子についてXRDパターンを測定し、正方晶(カルコパイライト型)のAgInS、六方晶(ウルツ鉱型)のAgInS、および斜方晶のAgInSと比較した。測定したXRDパターンを図1に示す。XRDパターンより、この一次半導体ナノ粒子の結晶構造は、正方晶のAgInSとほぼ同じ構造であることがわかった。XRDパターンは、リガク社製の粉末X線回折装置(商品名SmartLab)を用いて測定した(以下の実験例において同じ)。 The XRD pattern of the obtained primary semiconductor nanoparticles was measured and compared with tetragonal (chalcopyrite type) AgInS 2 , hexagonal (wurtzite type) AgInS 2 , and orthorhombic AgInS 2 . The measured XRD pattern is shown in FIG. From XRD pattern, the crystal structure of the primary semiconductor nanoparticles have been found to be substantially the same structure as AgInS 2 tetragonal. The XRD pattern was measured using a powder X-ray diffractometer (trade name: SmartLab) manufactured by RIGAKU CO., LTD. (The same in the following experimental examples).

また、得られた一次半導体ナノ粒子の形状を、透過型電子顕微鏡(TEM、(株)日立ハイテクノロジーズ製、商品名H−7650)を用いて観察するとともに、その平均粒径を8〜20万倍のTEM像から測定した。ここでは、TEMグリッドとして、商品名ハイレゾカーボン HRC−C10 STEM Cu100Pグリッド(応研商事(株)を用いた。得られた粒子の形状は、球状もしくは多角形状であった。
平均粒径は、3以上のTEM像を選択し、これらに含まれているナノ粒子のうち、計測可能なものをすべて、すなわち、画像の端において粒子の像が切れているようなものを除くすべての粒子について、粒径を測定し、その算術平均を求める方法で求めた。本実施例を含む全ての実施例および比較例において、3以上のTEM像を用いて、合計100点以上のナノ粒子の粒径を測定した。
この一次半導体ナノ粒子の平均粒径は5.3nmであった。
Further, the shape of the obtained primary semiconductor nanoparticles is observed using a transmission electron microscope (TEM, manufactured by Hitachi High-Technologies Corp., trade name H-7650), and the average particle diameter is 80 to 200,000. It measured from the TEM image of double. Here, high resolution carbon HRC-C10 STEM Cu100P grid (Oken Shoji Co., Ltd.) was used as a TEM grid, and the shape of the obtained particles was spherical or polygonal.
The average particle size is selected from three or more TEM images, and among the nanoparticles contained in them, all measurable ones, that is, those in which the image of the particle is broken at the edge of the image are excluded For all particles, the particle size was measured and determined by the method of determining the arithmetic mean. In all the examples and comparative examples including the present example, three or more TEM images were used to measure the particle size of a total of 100 or more nanoparticles.
The average particle size of the primary semiconductor nanoparticles was 5.3 nm.

(1)で得た一次半導体ナノ粒子に含まれるインジウムの物質量をICP発光分光(島津製作所、ICPS−7510)測定により求めたところ、52.2μmolであった。
平均粒径が5.3nmである場合の一次半導体ナノ粒子の体積は、球状とした場合に77.95nmと算出される。また、正方晶である場合の硫化銀インジウム結晶の単位格子体積は0.38nm(格子定数 5.828Å、5.828Å、11.19Å)と算出されることから、一次半導体ナノ粒子の体積を単位格子体積にて除することにより一次半導体ナノ粒子1個の中に205個の単位格子が含まれていることが算出される。次に正方晶である場合の硫化銀インジウム結晶の1個の単位格子には4個のインジウム原子が含まれているため、ナノ粒子1個あたりには820個のインジウム原子が含まれていることが算出される。
インジウムの物質量をナノ粒子1個あたりのインジウム原子数で除することにより一次半導体ナノ粒子の、ナノ粒子としての物質量は、63.6nmolであると算出される。
It was 52.2 micromol when the substance mass of the indium contained in the primary semiconductor nanoparticle obtained by (1) was calculated | required by ICP emission spectroscopy (Shimadzu Corporation, ICPS-7510) measurement.
The volume of the primary semiconductor nanoparticles when the average particle size is 5.3 nm is calculated to be 77.95 nm 3 when spherical. In addition, since the unit cell volume of the silver sulfide indium crystal in the case of tetragonal is calculated to be 0.38 nm 3 (lattice constant 5.828 Å, 5.828 Å, 11.19 Å), the volume of the primary semiconductor nanoparticles is By dividing by unit cell volume, it is calculated that 205 unit cells are contained in one primary semiconductor nanoparticle. Next, one unit cell of silver indium sulfide crystal in the case of tetragonal contains 4 indium atoms, so that 820 indium atoms are contained per nanoparticle. Is calculated.
The substance mass of the primary semiconductor nanoparticles as nanoparticles is calculated to be 63.6 nmol by dividing the substance mass of indium by the number of indium atoms per nanoparticle.

(2)シェルの被覆
(1)で得た一次半導体ナノ粒子をコアとして、これらのうち、ナノ粒子としての物質量で20nmolを、5.9mLのオレイルアミンと0.1mLのドデカンチオールの混合溶媒に分散させた分散液を得、これをAr雰囲気下で200℃に保った。これとは別に、酢酸インジウム(In(OAc))0.8mmol(233mg)および硫黄粉末1.2mmol(38.4mg)をオレイルアミン8mLに加え、100℃で10分間撹拌することにより、酢酸インジウムおよび硫黄粉末を溶解させて混合液を得た。上記加熱した分散液に、混合液を5mL/h(In基準で0.5mmol/h)の速度で5ml滴下した。混合液の添加が終わった時点で、加熱源をoffにして常温まで放冷し、その後、溶液にメタノールを加えて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の析出物を得た後、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)により固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、各種測定を行った。また、シェルで被覆された粒子の平均粒径を測定したところ、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の平均粒径は11.4nmであり、一次半導体ナノ粒子の平均粒径との差からシェルの厚さは平均で約3.0nmであった。
(2) Coating of shell With the primary semiconductor nanoparticles obtained in (1) as a core, of these, 20 nmol of the substance weight as nanoparticles in a mixed solvent of 5.9 mL of oleylamine and 0.1 mL of dodecanethiol A dispersed dispersion was obtained, which was kept at 200 ° C. under an Ar atmosphere. Separately, indium acetate (In (OAc) 3 ) 0.8 mmol (233 mg) and sulfur powder 1.2 mmol (38.4 mg) are added to 8 mL of oleylamine, and stirred for 10 minutes at 100 ° C. Sulfur powder was dissolved to obtain a mixed solution. The mixture was added dropwise to the heated dispersion at a rate of 5 mL / h (0.5 mmol / h based on In) at 5 ml. At the end of the addition of the mixture, the heat source is turned off and the reaction solution is allowed to cool to room temperature, and then methanol is added to the solution to obtain precipitates of core-shell structure semiconductor nanoparticles, followed by centrifugation (radius 150 mm) The solid component was recovered by 2500 rpm for 3 minutes. The product was dissolved in chloroform and various measurements were performed. The average particle size of the shell-coated particles was measured. The average particle size of the core-shell semiconductor nanoparticles is 11.4 nm, and the difference between the average particle size of the primary semiconductor nanoparticles and the thickness of the shell Was about 3.0 nm on average.

(3)吸収、発光および励起スペクトルの測定
発光、吸収および励起スペクトルを測定した。その結果を順に図2および図3に示す。
発光スペクトルは、マルチチャンネル分光器(浜松ホトニクス社製、商品名PMA12)を用いて、励起波長500nmにて測定した。吸収スペクトルは、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光製、商品名V−670)を用いて、波長を350nm〜850nmとして測定した。励起スペクトルは、蛍光分光光度計(堀場製作所製、Fluoromax−4)を用いて、観測波長593nmおよび780nm(発光スペクトルで観察されたピークに対応)にて測定した。
図2に示すように、実施例1で得たコアシェル構造の半導体ナノ粒子では、593nm付近に半値幅が約38nmである急峻な発光ピークが観察された。また、図3に示すように、観測波長593nmでの励起スペクトルにおいては、540nm付近にてエキシトンピークが観察された。参考として、図4および図5に、一次半導体ナノ粒子(Ag−In−S)の発光スペクトルおよび吸収スペクトルを示す。シェルで被覆されていないAg−In−Sの発光スペクトルは、820nm付近にピークを有するブロードなものであり、また、吸収・励起スペクトルにおいて、エキシトンピークは観察されなかった。
(3) Measurement of absorption, emission and excitation spectrum The emission, absorption and excitation spectrum were measured. The results are shown sequentially in FIG. 2 and FIG.
The emission spectrum was measured at an excitation wavelength of 500 nm using a multichannel spectrometer (manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., trade name: PMA12). The absorption spectrum was measured at a wavelength of 350 nm to 850 nm using an ultraviolet visible near infrared spectrophotometer (manufactured by Nippon Bunko, trade name V-670). The excitation spectrum was measured at an observation wavelength of 593 nm and 780 nm (corresponding to the peak observed in the emission spectrum) using a fluorescence spectrophotometer (Fluoromax-4 manufactured by Horiba, Ltd.).
As shown in FIG. 2, in the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure obtained in Example 1, a sharp emission peak having a half width of about 38 nm was observed around 593 nm. Further, as shown in FIG. 3, in the excitation spectrum at the observation wavelength of 593 nm, an exciton peak was observed at around 540 nm. As reference, the emission spectrum and absorption spectrum of primary semiconductor nanoparticles (Ag-In-S) are shown in FIG. 4 and FIG. The emission spectrum of Ag-In-S not coated with a shell is a broad peak having a peak around 820 nm, and no exciton peak was observed in the absorption and excitation spectrum.

実施例1において、急峻なピークとして観察される発光の発光寿命を測定した。発光寿命の測定は、浜松ホトニクス株式会社製の蛍光寿命測定装置(商品名Quantaurus−Tau)を用いて、波長470nmの光を励起光として、コアシェル構造の半導体ナノ粒子に照射して、急峻な発光ピークのピーク波長付近の発光の減衰曲線を求めた。得られた減衰曲線を浜松ホトニクス株式会社製の蛍光寿命測定/解析ソフトウェアU11487−01を用いてパラメータフィッティングにより、3つの成分に分けた。その結果、τ、τ、およびτ、ならびに各成分の寄与率(A、AおよびA)は以下の表1に示すとおりとなった。 In Example 1, the light emission lifetime of the light emission observed as a sharp peak was measured. The luminescence lifetime is measured using a fluorescence lifetime measuring device (trade name: Quantaurus-Tau) manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., by irradiating light with a wavelength of 470 nm as excitation light to semiconductor nanoparticles having a core-shell structure to produce sharp luminescence. The decay curve of the luminescence around the peak wavelength of the peak was determined. The obtained attenuation curve was divided into three components by parameter fitting using fluorescence lifetime measurement / analysis software U11487-01 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. As a result, τ 1 , τ 2 and τ 3 and contribution rates of each component (A 1 , A 2 and A 3 ) were as shown in Table 1 below.

表1に示すように、主成分(τ3、A3)は121.7nsであったが、発光寿命が28.0nsの成分(τ2、A2)も、これと同じ程度の強度で観測された。この発光寿命は、バンド端発光が確認されているCdSe(ナノ粒子)が発する蛍光で、寄与率の最も大きい成分の蛍光寿命(30ns〜60ns)と同程度であった。   As shown in Table 1, the main component (τ3, A3) was 121.7 ns, but the component (τ2, A2) with a light emission lifetime of 28.0 ns was also observed at the same level of intensity. The emission lifetime is fluorescence emitted from CdSe (nanoparticles) whose band edge emission has been confirmed, and was about the same as the fluorescence lifetime (30 ns to 60 ns) of the component having the largest contribution rate.

(実施例2)
実施例1と同様の手順で作製した一次半導体ナノ粒子のうち、ナノ粒子としての物質量で10nmolを、12mLのオレイルアミンに分散させた分散液を得、これをAr雰囲気下で260℃に保った。これとは別に、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))および硫黄粉末を、それぞれオレイルアミン中に0.1mmol/mLおよび0.15mmol/mLの濃度となるように加え、100℃で10分間撹拌することにより、ガリウムアセチルアセトナトおよび硫黄粉末を溶解させて混合液を得た。上記加熱した分散液に、混合液を5mL/h(Ga基準で0.5mmol/h)の速度で4ml滴下した。混合液の添加が終わった時点で、加熱源をoffにして常温まで放冷し、その後、溶液にメタノールを加えて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の析出物を得て、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)により固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、各種測定を行った。
また、シェルで被覆された粒子の平均粒径を測定したところ、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の平均粒径は6.65nmであった。この実施例で作製した一次半導体ナノ粒子の平均粒径は5.99nmであり、これとの差からシェルの厚さは平均で約0.33nmであった。
(Example 2)
Among primary semiconductor nanoparticles produced by the same procedure as in Example 1, a dispersion liquid in which 10 nmol of the substance weight as nanoparticles was dispersed in 12 mL of oleylamine was obtained, and was maintained at 260 ° C. in Ar atmosphere. . Separately, gallium acetylacetonato (Ga (acac) 3 ) and sulfur powder are added to oleylamine to a concentration of 0.1 mmol / mL and 0.15 mmol / mL, respectively, and stirred at 100 ° C. for 10 minutes Then, gallium acetylacetonate and sulfur powder were dissolved to obtain a mixed solution. To the heated dispersion, 4 ml of the mixture was dropped at a rate of 5 mL / h (0.5 mmol / h based on Ga). When the addition of the mixture is completed, the heat source is turned off and the reaction solution is allowed to cool to room temperature, and then methanol is added to the solution to obtain precipitates of core-shell semiconductor nanoparticles, which are centrifuged (radius 150 mm, The solid component was recovered by 2500 rpm, 3 minutes). The product was dissolved in chloroform and various measurements were performed.
Moreover, when the average particle diameter of the particle | grains coat | covered with shell was measured, the average particle diameter of the semiconductor nanoparticle of core-shell structure was 6.65 nm. The average particle size of the primary semiconductor nanoparticles produced in this example was 5.99 nm, and from this difference, the thickness of the shell was about 0.33 nm on average.

なお、一次半導体ナノ粒子を実施例1と同様の手順で作製したにもかかわらず、その平均粒径は実施例1で作製したものと異なっている。これは、試薬混合後、加熱を開始するまでの時間が実施例1とはわずかに異なり、その間に生成すると予想される銀―チオール錯体の物質量が異なることによるものと考えられた。以下の実施例等においても同じことがいえる。   Although the primary semiconductor nanoparticles were produced in the same procedure as in Example 1, the average particle size is different from that produced in Example 1. This is considered to be due to the fact that the time until starting heating after reagent mixing is slightly different from that of Example 1, and that the substance mass of the silver-thiol complex which is expected to be generated during this time is different. The same can be said for the following embodiments.

実施例1で用いた装置と同じ装置を使用して、発光スペクトル(励起波長450nm)、吸収スペクトル、および観測波長580nmおよび730nmでの励起スペクトルを測定した。その結果を図6および図7に示す。図6に示すように、実施例2で得たコアシェル構造の半導体ナノ粒子では、584nm付近に半値幅が約39nmである急峻な発光ピークが観察された。また、図7に示すように、観測波長580nmでの励起スペクトルにおいて、530nm付近にてエキシトンピークが観察された。
また、実施例1と同じマルチチャンネル分光器(励起波長450nm)を用いて、バンド端発光であると考えられる急峻なピーク(530−650nm)における発光量子収率を測定したところ、1.9%であった。
また、実施例1と同様の手順で、急峻なピークとして観察される発光の発光寿命を測定したところ、τ、τ、およびτ、ならびに各成分の寄与率(A、AおよびA)は以下の表2に示すとおりとなった。表2に示すとおり、主成分(τ、A)の発光寿命は39.1nsであった。
An emission spectrum (excitation wavelength: 450 nm), an absorption spectrum, and an excitation spectrum at observation wavelengths of 580 nm and 730 nm were measured using the same apparatus as that used in Example 1. The results are shown in FIG. 6 and FIG. As shown in FIG. 6, in the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure obtained in Example 2, a sharp emission peak having a half width of about 39 nm was observed around 584 nm. Further, as shown in FIG. 7, in the excitation spectrum at the observation wavelength of 580 nm, an exciton peak was observed at around 530 nm.
In addition, using the same multi-channel spectrometer (excitation wavelength: 450 nm) as in Example 1, the emission quantum yield at a sharp peak (530-650 nm) considered to be band edge emission was measured: 1.9% Met.
In addition, when the light emission lifetime of the light emission observed as a sharp peak was measured in the same manner as in Example 1, τ 1 , τ 2 , and τ 3 , and the contribution rates of the respective components (A 1 , A 2 and A 3 ) was as shown in Table 2 below. As shown in Table 2, the light emission lifetime of the main component (τ 2 , A 2 ) was 39.1 ns.

(実施例3)
実施例1と同様の手順で作製した一次半導体ナノ粒子のうち、ナノ粒子としての物質量で30nmolと、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))0.1mmolと、ジベンジルジスルフィド0.05mmolと、オレイルアミン12mLとを、フラスコに入れて、10℃/minの昇温速度で260℃まで加熱し、260℃にて20分間保持した後、加熱源をoffにして放冷した。その後、溶液にメタノールを加えて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の析出物を得て、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)により固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、各種測定を行った。
また、シェルで被覆された粒子の平均粒径を測定したところ、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の平均粒径は8.0nmであった。この実施例で作製した一次半導体ナノ粒子の平均粒径は6.0nmであり、これとの差からシェルの厚さは平均で約1nmであった。
(Example 3)
Among the primary semiconductor nanoparticles prepared by the same procedure as in Example 1, 30 nmol of the substance weight as nanoparticles, 0.1 mmol of gallium acetylacetonato (Ga (acac) 3 ), and 0.05 mmol of dibenzyl disulfide 12 mL of oleylamine was placed in a flask, heated to 260 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min, held at 260 ° C. for 20 minutes, and then cooled with the heat source off. Then, methanol was added to the solution to obtain a precipitate of core-shell semiconductor nanoparticles, and the solid component was recovered by centrifugation (radius 150 mm, 2500 rpm, 3 minutes). The product was dissolved in chloroform and various measurements were performed.
Moreover, when the average particle diameter of the particle | grains covered with the shell was measured, the average particle diameter of the semiconductor nanoparticle of core-shell structure was 8.0 nm. The average particle size of the primary semiconductor nanoparticles produced in this example was 6.0 nm, and from this difference, the thickness of the shell was about 1 nm on average.

実施例1で用いた装置と同じ装置を使用して、発光スペクトル(励起波長450nm)、吸収スペクトル、および励起スペクトルを測定した。その結果を順に図8および図9に示す。図8に示すように、実施例3で得たコアシェル構造の半導体ナノ粒子では、586nm付近に半値幅が約39nmである急峻な発光ピークが観察された。また、図9に示すように、観測波長585nmでの励起スペクトルにおいては、535nm付近にてエキシトンピークが観察された。また、実施例2と同様にして発光量子収率を測定したところ、発光量子収率は14.3%であった。
また、実施例1と同様の手順で、急峻なピークとして観察される発光の発光寿命を測定したところ、τ、τ、およびτ、ならびに各成分の寄与率(A、AおよびA)は以下の表3に示すとおりとなった。表3に示すとおり、主成分(τ、A)の発光寿命は51.4nsであった。
The emission spectrum (excitation wavelength: 450 nm), absorption spectrum, and excitation spectrum were measured using the same apparatus as that used in Example 1. The results are shown sequentially in FIG. 8 and FIG. As shown in FIG. 8, in the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure obtained in Example 3, a sharp emission peak having a half width of about 39 nm was observed around 586 nm. Further, as shown in FIG. 9, in the excitation spectrum at the observation wavelength of 585 nm, an exciton peak was observed at around 535 nm. Moreover, when the light emission quantum yield was measured like Example 2, the light emission quantum yield was 14.3%.
In addition, when the light emission lifetime of the light emission observed as a sharp peak was measured in the same manner as in Example 1, τ 1 , τ 2 , and τ 3 , and the contribution rates of the respective components (A 1 , A 2 and A 3 ) was as shown in Table 3 below. As shown in Table 3, the light emission lifetime of the main component (τ 2 , A 2 ) was 51.4 ns.

実施例1で得られた半導体ナノ粒子と、実施例2で得られた半導体ナノ粒子について、その発光スペクトルを比較すると、実施例2では、急峻なピークの発光強度(バンド端発光の強度)が、ブロードなピークの発光強度(欠陥発光の強度)よりも明らかに大きくなっていた。このことから、GaSによるシェル形成が、InSによるシェル形成よりも、コアからのバンド端発光を得るのにより有利であることがわかる。 When the emission spectra of the semiconductor nanoparticles obtained in Example 1 and the semiconductor nanoparticles obtained in Example 2 are compared, in Example 2, the emission intensity of the sharp peak (intensity of band edge emission) is The emission intensity of the broad peak (the intensity of defect emission) was clearly larger. From this, it can be seen that shell formation by GaS x is more advantageous to obtain band edge emission from the core than shell formation by InS x .

実施例2で得られた半導体ナノ粒子と、実施例3で得られた半導体ナノ粒子について、発光量子収率を比較したところ、実施例3は実施例2の7.5倍であることが確認された。また、シェル形成時において、シェル形成のためのGa源の一次半導体ナノ粒子に対するモル比が同じであるにもかかわらず、実施例3ではシェルの厚さが約1nmと大きくなっていた。これらのことを考慮すると、硫黄源としてジベンジルジスルフィドを用いた場合には、シェルが途切れることなくコアの表面を覆ってコアの表面欠陥が効果的に除去され、それによりバンド端発光の強度がより大きくなったものと推察される。   When the luminescence quantum yields of the semiconductor nanoparticles obtained in Example 2 and the semiconductor nanoparticles obtained in Example 3 were compared, it was confirmed that Example 3 was 7.5 times as large as Example 2. It was done. In addition, at the time of shell formation, the thickness of the shell was as large as about 1 nm in Example 3 despite the fact that the molar ratio to the primary semiconductor nanoparticles of the Ga source for shell formation is the same. Taking these into consideration, when dibenzyl disulfide is used as a sulfur source, the shell covers the surface of the core without interruption and surface defects of the core are effectively removed, whereby the intensity of band edge emission is increased. It is guessed that it became bigger.

(比較例1)
実施例1と同様の手順で作製した一次半導体ナノ粒子のうち、ナノ粒子としての物質量で10nmolを、12mLのオレイルアミンに分散させ分散液を得、これをAr雰囲気下に260℃に保った。これとは別に、酢酸亜鉛(Zn(OAc))、硫黄粉末を、それぞれオレイルアミン中に0.1mmol/mLとなるように加え、100℃で10分間加熱することによって酢酸亜鉛および硫黄粉末を溶解させて混合液を得た。上記加熱した分散液に、混合液を5mL/h(Zn基準で0.5mmol/h)の速度で2ml滴下した。混合液の添加が終わった時点で、加熱源をoffにして常温まで放冷し、その後、溶液にメタノールを加えて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の析出物を得て、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)により固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、実施例1で用いた装置と同じ装置を使用して、発光スペクトル(励起波長450nm)および吸収スペクトルを測定した。その結果を図10および図11に示す。
(Comparative example 1)
Among the primary semiconductor nanoparticles produced in the same procedure as in Example 1, 10 nmol of the substance weight as nanoparticles was dispersed in 12 mL of oleylamine to obtain a dispersion, which was maintained at 260 ° C. in an Ar atmosphere. Separately, zinc acetate (Zn (OAc) 2 ) and sulfur powder are respectively added to be 0.1 mmol / mL in oleylamine, and zinc acetate and sulfur powder are dissolved by heating at 100 ° C. for 10 minutes. The mixture was allowed to obtain a mixed solution. The mixture was dropped in 2 ml at a rate of 5 mL / h (0.5 mmol / h based on Zn) to the heated dispersion. When the addition of the mixture is completed, the heat source is turned off and the reaction solution is allowed to cool to room temperature, and then methanol is added to the solution to obtain precipitates of core-shell semiconductor nanoparticles, which are centrifuged (radius 150 mm, The solid component was recovered by 2500 rpm, 3 minutes). This was dissolved in chloroform, and using the same apparatus as that used in Example 1, the emission spectrum (excitation wavelength: 450 nm) and the absorption spectrum were measured. The results are shown in FIG. 10 and FIG.

図10に示すように、比較例1で得たナノ粒子では、実施例1〜3で見られたような急峻な発光ピークは観察されず、ブロードなスペクトルが観察された。すなわち、ZnSはAg−InーSよりも大きいバンドギャップエネルギーを有し、type−1のバンドアライメントを与え得るにも関わらず、バンド端発光が観察されなかった。これは、コア−シェル間で固溶体が形成され、コアシェル構造が形成されなかったことによると考えられる。   As shown in FIG. 10, in the nanoparticles obtained in Comparative Example 1, a sharp emission peak as seen in Examples 1 to 3 was not observed, and a broad spectrum was observed. That is, although ZnS has a larger band gap energy than Ag-In-S and can give a type-1 band alignment, no band edge emission was observed. This is considered to be because solid solution was formed between core-shells and core-shell structure was not formed.

(実施例4A〜4D)
実施例1と同様の手順で作製した一次半導体ナノ粒子のうち、ナノ粒子としての物質量で30nmolと、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))0.1mmolと、ジベンジルジスルフィド0.05mmolと、オレイルアミン12mLとを、フラスコに入れて、10℃/minの昇温速度で260℃まで加熱した。260℃に達した直後(実施例4A)、それぞれ260℃にて10分間(実施例4B)、20分間(実施例4C)、30分間(実施例4D)保持した後、加熱源をoffにして放冷した。その後、反応生成物を含む液体を、遠心分離(半径150mm、2500rpm、10分間)に付し、上澄みを取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径150mm、2500rpm、5分間)に付し、固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、各種測定を行った。
(Examples 4A to 4D)
Among the primary semiconductor nanoparticles prepared by the same procedure as in Example 1, 30 nmol of the substance weight as nanoparticles, 0.1 mmol of gallium acetylacetonato (Ga (acac) 3 ), and 0.05 mmol of dibenzyl disulfide 12 mL of oleylamine was placed in a flask and heated to 260 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. Immediately after the temperature reached 260 ° C. (Example 4A), after holding at 260 ° C. for 10 minutes (Example 4B), 20 minutes (Example 4C), and 30 minutes (Example 4D) respectively, the heat source was turned off. It was allowed to cool. Thereafter, the liquid containing the reaction product was centrifuged (radius 150 mm, 2500 rpm, 10 minutes), and the supernatant was removed. To this was added methanol until precipitation of nanoparticles occurred, and the mixture was centrifuged (radius 150 mm, 2500 rpm, 5 minutes) to recover a solid component. The product was dissolved in chloroform and various measurements were performed.

(実施例5A〜5F)
実施例1と同様の手順で作製した一次半導体ナノ粒子のうち、ナノ粒子としての物質量で30nmolと、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))0.1mmolと、硫黄0.15mmolと、オレイルアミン12mLとを、フラスコに入れて、10℃/minの昇温速度で260℃まで加熱した。260℃に達した直後(実施例5A)、それぞれ260℃にて10分間(実施例5B)、30分間(実施例5C)、40分間(実施例5D)、50分間(実施例5E)、60分間(実施例5F)保持した後、加熱源をoffにして放冷した。その後、反応生成物を含む液体を、遠心分離(半径150mm、2500rpm、10分間)に付し、上澄みを取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径150mm、2500rpm、5分間)に付し、固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、各種測定を行った。
(Examples 5A to 5F)
Among the primary semiconductor nanoparticles prepared by the same procedure as in Example 1, 30 nmol of the substance weight as nanoparticles, 0.1 mmol of gallium acetylacetonato (Ga (acac) 3 ), 0.15 mmol of sulfur, and oleylamine 12 mL was placed in a flask and heated to 260 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min. Immediately after reaching 260 ° C. (Example 5A), each at 260 ° C. for 10 minutes (Example 5B), 30 minutes (Example 5C), 40 minutes (Example 5D), 50 minutes (Example 5E), 60 After holding for a minute (Example 5F), the heat source was turned off and allowed to cool. Thereafter, the liquid containing the reaction product was centrifuged (radius 150 mm, 2500 rpm, 10 minutes), and the supernatant was removed. To this was added methanol until precipitation of nanoparticles occurred, and the mixture was centrifuged (radius 150 mm, 2500 rpm, 5 minutes) to recover a solid component. The product was dissolved in chloroform and various measurements were performed.

実施例1で用いた装置と同じ装置を使用して、実施例4A〜4D、および実施例5A〜5Fで得た半導体ナノ粒子の発光スペクトル(励起波長400nm)を得た。発光スペクトルを図12(実施例4A〜4D)および図13(実施例5A〜5F)に示す。なお、いずれの図面にも、参考例としてシェルを形成していない1次半導体ナノ粒子(コア)の発光スペクトルを合わせて示している。   The emission spectrum (excitation wavelength: 400 nm) of the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 4A to 4D and Examples 5A to 5F was obtained using the same apparatus as that used in Example 1. The emission spectra are shown in FIG. 12 (Examples 4A to 4D) and FIG. 13 (Examples 5A to 5F). In each of the drawings, the emission spectrum of the primary semiconductor nanoparticle (core) not having a shell formed is also shown as a reference example.

図12に示すとおり、ジベンジルジスルフィドを硫黄源としてシェルを形成した実施例4A〜4Cのうち、バンド端発光のピーク強度が最も大きかったのは実施例4C(保持時間20分間)であった。実施例4D(保持時間30分間)は実施例4Cよりも低いバンド端発光のピーク強度を示した。このことから、ジベンジルジスルフィドを用いてシェルを形成すると、比較的短い保持時間によってバンド端発光強度を向上させ得ることがわかった。このことは、実施例4A〜4Cのバンド端発光のピーク強度と、保持時間との関係を示す図14によっても確認され得る。   As shown in FIG. 12, among the examples 4A to 4C in which the shell was formed using dibenzyl disulfide as a sulfur source, the peak intensity of the band edge emission was the largest in the example 4C (retention time: 20 minutes). Example 4D (30 minutes retention time) showed lower peak edge emission intensity than Example 4C. From this, it was found that when the shell is formed using dibenzyl disulfide, the band edge emission intensity can be improved by a relatively short retention time. This can also be confirmed by FIG. 14 which shows the relationship between the peak intensity of the band edge emission of Examples 4A to 4C and the retention time.

図13に示すとおり、硫黄単体を硫黄源としてシェルを形成した実施例5A〜5Fのうち、バンド端発光のピーク強度が最も大きかったのは実施例5E(保持時間50分間)であった。このことから、硫黄単体を硫黄源としてシェルを形成する場合には、バンド端発光のピーク強度がより大きいコアシェル構造の粒子を得るのに、長い保持時間が必要であることが分かる。このことは、実施例5A〜5Fのバンド端発光のピーク強度と、保持時間との関係を示す図14によっても確認され得る。また、図14に示されるとおり、硫黄単体を使用して保持時間を長くしてシェルを形成すると、ジベンジルジスルフィドの使用時に達成されるバンド端発光のピーク強度の最大値よりも大きいバンド端発光のピーク強度を達成できる。   As shown in FIG. 13, among the examples 5A to 5F in which a shell was formed using a sulfur simple substance as a sulfur source, the peak intensity of band edge emission was the largest in example 5E (retention time: 50 minutes). From this, it can be seen that when the shell is formed using sulfur alone as the sulfur source, a long retention time is required to obtain particles of core-shell structure with a higher peak intensity of band edge emission. This can also be confirmed by FIG. 14 which shows the relationship between the peak intensity of the band edge emission of Examples 5A to 5F and the retention time. In addition, as shown in FIG. 14, when sulfur is used alone to increase the retention time to form a shell, band edge emission larger than the maximum value of the peak intensity of band end emission achieved when using dibenzyl disulfide is obtained. Peak intensity can be achieved.

さらにまた、図13に示すように、硫黄単体を用いて保持時間を長くしてシェルを形成すると、バンド端発光の強度(バンド端発光/欠陥発光強度の比)をより大きくすることができた(特に、実施例5E、5F)。   Furthermore, as shown in FIG. 13, when the shell is formed by using sulfur alone to extend the holding time, the intensity of the band edge emission (the ratio of the band edge emission / defect emission intensity) can be further increased. (In particular, Examples 5E, 5F).

図15は、実施例4A〜4D、実施例5A〜5Fについて、バンド端発光のピーク波長と保持時間との関係を示すグラフである。ジベンジルジスルフィドおよび硫黄単体を用いるいずれの場合にも、保持時間が長くなるにつれて、ピーク波長が長波長側にシフトすることがわかる。   FIG. 15 is a graph showing the relationship between the peak wavelength of band edge emission and the retention time for Examples 4A to 4D and Examples 5A to 5F. It is understood that the peak wavelength shifts to the long wavelength side as the retention time becomes longer in any case where dibenzyl disulfide and sulfur alone are used.

[HRTEMおよびHAADFによる観察]
実施例5Fのコアシェル構造の半導体ナノ粒子を、HRTEMおよびHAADF(日本電子製、商品名ARM―200F)により観察した。HRTEM像を図16に、HAADF像を図17に示す。いずれにおいても、規則的な模様を有する結晶性のコアと、その周囲に位置する規則的な模様を有しないシェルが観察され、実施例5Fの半導体ナノ粒子においてシェルがアモルファスであることが観察された。
[Observation by HRTEM and HAADF]
The core-shell structure semiconductor nanoparticles of Example 5F were observed by HRTEM and HAADF (manufactured by Nippon Denshi, trade name ARM-200F). The HRTEM image is shown in FIG. 16 and the HAADF image is shown in FIG. In any case, a crystalline core having a regular pattern and a shell having no regular pattern located around the same are observed, and it is observed that the shell is amorphous in the semiconductor nanoparticles of Example 5F. The

[XPSによる分析]
実施例5Fのコアシェル構造の半導体ナノ粒子を、X線光電子分光(島津製作所製、商品名KRATOS AXIS−165X)により分析した。銀、インジウムは、3d軌道由来のピーク位置をデータベースと比較した場合に、硫化物の位置と一致し、硫黄は、2p軌道由来のピーク位置をデータベースと比較した場合に、金属硫化物の位置と一致することを確認した。また、ガリウムについては、硫化物のデータベースが入手できないため硫化物であることを確認できなかったが、ガリウムの3d軌道由来のピーク位置が、金属ガリウムとは明らかに異なり、酸化ガリウムとセレン化ガリウムの間に位置することから、硫化物である可能性が高いことを確認した。
[Analysis by XPS]
The semiconductor nanoparticles having a core-shell structure of Example 5F were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name KRATOS AXIS-165X). Silver and indium correspond to the position of sulfide when comparing the peak position derived from 3d orbital to the database, and sulfur corresponds to the position of metal sulfide when comparing the peak position derived from 2p orbital to the database It confirmed that it corresponded. In addition, regarding gallium, it was not possible to confirm that it is a sulfide because a sulfide database was not available, but the peak position derived from the 3d orbital of gallium is clearly different from metallic gallium, and gallium oxide and gallium selenide It was confirmed that it is likely to be a sulfide because

[エネルギー分散型X線分析装置による分析]
実施例5Fのコアシェル構造の半導体ナノ粒子に含まれる各元素の原子百分率を、エネルギー分散型X線分析装置(EDAX製、商品名OCTANE)により分析した。その結果を表4に示す。組成をAgInS・Gaとした場合に、表4のAgおよびGaの結果より計算した硫黄の原子百分率は、53.9(17.2×2+13.1÷2×3=53.9)となり、表4のSの値に対して良い一致を示した。
[Analysis by energy dispersive X-ray analyzer]
The atomic percentage of each element contained in the semiconductor nanoparticles having a core-shell structure of Example 5F was analyzed by an energy dispersive X-ray analyzer (trade name: OCTANE, manufactured by EDAX). The results are shown in Table 4. When the composition is AgInS 2 · Ga 2 S 3 , the atomic percentage of sulfur calculated from the results of Ag and Ga in Table 4 is 53.9 (17.2 × 2 + 13.1 ÷ 2 × 3 = 53.9 And a good match to the values of S in Table 4.

(実施例6)
(1)一次半導体ナノ粒子(Ag−In−S)の作製
酢酸銀(AgOAc)、酢酸インジウム(In(OAc))をそれぞれ0.4mmol、チオ尿素を0.8mmol、35.8mmolのn‐テトラデシルアミン、および0.2mLの1−ドデカンチオールを、二つ口フラスコに入れ、真空脱気(常温にて3 min)した後Ar雰囲気下にて、5℃/minの昇温速度で、150°Cに達するまで昇温した。得られた懸濁液を放冷し、90℃を下回ったあたりで少量のヘキサンを加えた後、遠心分離(半径150mm、4000rpm、10分間)に付し、上澄みである濃い赤色の溶液を取り出した。これにナノ粒子の沈殿が生じるまでメタノールを加えて、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)に付し、沈殿物を常温で真空乾燥し、半導体ナノ粒子(一次半導体ナノ粒子)を得た。
(Example 6)
(1) Preparation of Primary Semiconductor Nanoparticles (Ag-In-S) Silver acetate (AgOAc), indium acetate (In (OAc) 3 ) 0.4 mmol each, thiourea 0.8 mmol, 35.8 mmol n- Tetradecylamine and 0.2 mL of 1-dodecanethiol were put in a two-necked flask, vacuum degassed (3 min at normal temperature), and then Ar was heated at a temperature rising rate of 5 ° C./min. The temperature was raised until it reached 150 ° C. The resulting suspension is allowed to cool, a small amount of hexane is added around around 90 ° C., and the mixture is centrifuged (radius 150 mm, 4000 rpm, 10 minutes), and the dark red solution as a supernatant is taken out. The To this was added methanol until precipitation of nanoparticles was generated, and subjected to centrifugation (radius 150 mm, 2500 rpm, 3 minutes), and the precipitate was vacuum dried at room temperature to obtain semiconductor nanoparticles (primary semiconductor nanoparticles) .

(2)シェルの被覆
(1)で得た一次半導体ナノ粒子をコアとして、これらのうち、ナノ粒子としての物質量で30nmolを、ガリウムアセチルアセトナト(Ga(acac))0.1mmolと、硫黄0.15mmolと、n-テトラデシルアミン36.48mmolとを、フラスコに入れて、10℃/minの昇温速度で260℃まで加熱し、260℃にて50分間保持した後、加熱源をoffにして放冷した。その後、溶液にメタノールを加えて、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の析出物を得て、遠心分離(半径150mm、2500rpm、3分間)により固体成分を回収した。これをクロロホルムに溶かし、各種測定を行った。
また、シェルで被覆された粒子の平均粒径を測定したところ、コアシェル構造の半導体ナノ粒子の平均粒径は8.6nmであった。この実施例で作製した一次半導体ナノ粒子の平均粒径は7.1nmであり、これとの差からシェルの厚さは平均で約0.75nmであった。
(2) Coating of shell With the primary semiconductor nanoparticles obtained in (1) as a core, of these, 30 nmol by substance weight as nanoparticles, 0.1 mmol of gallium acetylacetonato (Ga (acac) 3 ), The flask was charged with 0.15 mmol of sulfur and 36.48 mmol of n-tetradecylamine, heated to 260 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min, and maintained at 260 ° C. for 50 minutes, after which the heating source was It was turned off and allowed to cool. Then, methanol was added to the solution to obtain a precipitate of core-shell semiconductor nanoparticles, and the solid component was recovered by centrifugation (radius 150 mm, 2500 rpm, 3 minutes). The product was dissolved in chloroform and various measurements were performed.
Moreover, when the average particle diameter of the particle | grains covered with the shell was measured, the average particle diameter of the semiconductor nanoparticle of core-shell structure was 8.6 nm. The average particle size of the primary semiconductor nanoparticles produced in this example was 7.1 nm, and from this difference, the thickness of the shell was about 0.75 nm on average.

実施例1で用いた装置と同じ装置を使用して、発光スペクトル(励起波長450nm)、吸収スペクトルを測定した。その結果を順に図18および図19に示す。図18に示すように、実施例6で得たコアシェル構造の半導体ナノ粒子では、581nm付近に半値幅が約28nmである急峻な発光ピークが観察された。また、図19に示すように、観測波長585nmでの励起スペクトルにおいては、535nm付近にてエキシトンピークが観察された。また、実施例1と同じマルチチャンネル分光器(励起波長450nm)を用いて、バンド端発光であると考えられる急峻なピーク(530−630nm)における発光量子収率を測定したところ、21.1%であった。   The emission spectrum (excitation wavelength: 450 nm) and absorption spectrum were measured using the same apparatus as that used in Example 1. The results are sequentially shown in FIG. 18 and FIG. As shown in FIG. 18, in the semiconductor nanoparticle of the core-shell structure obtained in Example 6, a sharp emission peak having a half width of about 28 nm was observed around 581 nm. Further, as shown in FIG. 19, in the excitation spectrum at the observation wavelength of 585 nm, an exciton peak was observed at around 535 nm. In addition, using the same multi-channel spectrometer (excitation wavelength: 450 nm) as in Example 1, the emission quantum yield at a sharp peak (530-630 nm) considered to be band edge emission was measured to be 21.1%. Met.

本発明に係る実施形態は、バンド端発光可能な半導体ナノ粒子であり、発光デバイスの波長変換物質として、あるいは生体分子マーカーとして利用可能である。   Embodiments according to the present invention are semiconductor nanoparticles capable of band edge emission, and can be used as a wavelength conversion material of a light emitting device or as a biomolecular marker.

Claims (16)

コアと、前記コアの表面を覆い前記コアよりもバンドギャップエネルギーが大きくかつ前記コアとヘテロ接合するシェルと、を備え、光が照射されると発光する半導体ナノ粒子であって、
前記コアが、M、M、およびZを含む半導体であって、Mが、Ag、CuおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Mが、Al、Ga、InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Zが、S、SeおよびTeからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である半導体からなり、
前記シェルが、実質的に第13族元素および第16族元素からなる半導体である半導体ナノ粒子。
A semiconductor nanoparticle comprising: a core; and a shell covering a surface of the core and having a band gap energy larger than that of the core and heterojunction with the core, and emitting light when irradiated with light.
The core is a semiconductor containing M 1 , M 2 and Z, wherein M 1 is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu and Au, and M 2 is Al, Ga, In And at least one element selected from the group consisting of and T1, and Z is at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te;
Semiconductor nanoparticles, wherein the shell is a semiconductor substantially consisting of a Group 13 element and a Group 16 element.
前記シェルが、前記第13族元素としてInを含む請求項1に記載の半導体ナノ粒子。   The semiconductor nanoparticle according to claim 1, wherein the shell contains In as the group 13 element. 前記シェルが、前記第13族元素としてGaを含む請求項1に記載の半導体ナノ粒子。   The semiconductor nanoparticle according to claim 1, wherein the shell contains Ga as the group 13 element. 前記シェルが、前記第16族元素としてSを含む請求項2または3に記載の半導体ナノ粒子。   The semiconductor nanoparticle according to claim 2 or 3, wherein the shell contains S as the group 16 element. 前記コアが、MとしてAgを含み、MとしてInを含み、ZとしてSを含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子。 Wherein the core comprises Ag as M 1, it contains In as M 2, the semiconductor nanoparticles according to claim 1 comprising S as Z. 前記コアが、Mをさらに含み、Mが、ZnおよびCdからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子。 It said core further comprises a M 3, is M 3, is at least one element selected from the group consisting of Zn and Cd, semiconductor nanoparticles according to any one of claims 1-5. 発光スペクトルの半値幅が50nm以下であるピークを有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子。   The semiconductor nanoparticle of any one of Claims 1-6 which has a peak whose half value width of an emission spectrum is 50 nm or less. 発光寿命が200ns以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子。   The semiconductor nanoparticle of any one of Claims 1-7 whose light emission lifetime is 200 ns or less. 前記半導体ナノ粒子の励起または吸収スペクトルがエキシトンピークを示すものである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子。   The semiconductor nanoparticle according to any one of claims 1 to 8, wherein the excitation or absorption spectrum of the semiconductor nanoparticle exhibits an exciton peak. 、M、およびZを含む半導体であって、Mが、Ag、CuおよびAuからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Mが、Al、Ga、InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であり、Zが、S、SeおよびTeからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素である半導体からなる一次半導体ナノ粒子を、溶媒中に分散させた分散液を準備すること、
前記分散液に、第13族元素を含む化合物および第16族元素の単体または第16族元素を含む化合物を加えて、前記一次半導体ナノ粒子の表面に、実質的に前記第13族元素と前記第16族元素とからなる半導体の層を形成することを含む、半導体ナノ粒子の製造方法。
A semiconductor containing M 1 , M 2 and Z, wherein M 1 is at least one element selected from the group consisting of Ag, Cu and Au, and M 2 is composed of Al, Ga, In and Tl A dispersion is prepared by dispersing, in a solvent, primary semiconductor nanoparticles consisting of a semiconductor which is at least one element selected from the group and Z is at least one element selected from the group consisting of S, Se and Te. To do,
A compound containing a Group 13 element and a single substance of a Group 16 element or a compound containing a Group 16 element are added to the dispersion, and the Group 13 element and the substance are substantially added to the surface of the primary semiconductor nanoparticle. A method of producing semiconductor nanoparticles, comprising forming a layer of a semiconductor comprising a Group 16 element.
前記第16族元素を含む化合物がジベンジルジスルフィドである請求項10に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   The method for producing a semiconductor nanoparticle according to claim 10, wherein the compound containing a Group 16 element is dibenzyl disulfide. 前記分散液に、前記第13族元素を含む化合物および前記第16族元素の単体または前記第16族元素を含む化合物を加えた後、前記分散液を一定の速度で200℃〜290℃の範囲内にあるピーク温度まで昇温させた後、前記ピーク温度にて一定時間保持することを含む、請求項10または11に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   After adding the compound containing the Group 13 element and the single substance of the Group 16 element or the compound containing the Group 16 element to the dispersion, the dispersion is kept at a constant speed in the range of 200 ° C. to 290 ° C. The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle of Claim 10 or 11 including holding for a fixed time at the said peak temperature, after making it heat up to the peak temperature which exists inside. 前記第16族元素の単体が硫黄の単体であり、前記ピーク温度にて前記分散液が保持される時間が40分間以上60分間以下である、請求項12に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 12, wherein the single substance of the Group 16 element is a single substance of sulfur, and the time during which the dispersion liquid is held at the peak temperature is 40 minutes or more and 60 minutes or less. 前記分散液がn−テトラデシルアミンを含む、請求項10〜13のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。   The manufacturing method of the semiconductor nanoparticle of any one of Claims 10-13 in which the said dispersion liquid contains n-tetradecyl amine. 光変換部材および半導体発光素子を含む発光デバイスであって、前記光変換部材に請求
項1〜9のいずれか1項に記載の半導体ナノ粒子が含まれる、発光デバイス。
A light emitting device comprising a light conversion member and a semiconductor light emitting element, wherein the light conversion member includes the semiconductor nanoparticle according to any one of claims 1 to 9.
前記半導体発光素子はLEDチップである、請求項15に記載の発光デバイス。   The light emitting device according to claim 15, wherein the semiconductor light emitting element is an LED chip.
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