JP2019218528A - Nitride nanoparticle and production method of the same - Google Patents

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Abstract

To provide a production method for chemical synthesis of a nitride semiconductor crystal, by which an impurity level in the nitride semiconductor crystal can be reduced by using ammonia as a nitrogen source.SOLUTION: A nanoparticle having a group III element nitride region containing any of In, Ga and Al is provided, in which a content concentration of an alkali metal in the group III element nitride region is 1 at% or less. A production method of a nitride nanoparticle is provided, which comprises synthesizing a group III element nitride by mixing a source material containing a source of the group III element and a photocatalyst in a solvent to prepare a solution and bubbling the solution with ammonia gas while heating, stirring and irradiating the solution with light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、窒化物ナノ粒子とその製造方法に関し、特に発光効率の高い窒化物ナノ粒子とその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride nanoparticle and a method for producing the same, and more particularly to a nitride nanoparticle having high luminous efficiency and a method for producing the same.

例えば、球状粒子の表面積は半径の2乗に比例し、球状粒子の体積は半径の3乗に比例する。粒子の直径を1/10に小さくすると、表面積は1/100になり、体積は1/1000になる。粒子の寸法を小さくしていくと、物性に表面が与える影響と物性に体積が与える影響の比重が変化していくであろうことが予想される。1辺の長さ等の代表的な寸法がnmオーダーである粒子が、例えば1辺の長さがμm以上の粒子と異なる物性を示す場合もあることが理解されよう。   For example, the surface area of a spherical particle is proportional to the square of the radius, and the volume of the spherical particle is proportional to the cube of the radius. Reducing the particle diameter by a factor of 10 reduces the surface area to 1/100 and the volume to 1/1000. It is expected that as the size of the particles is reduced, the specific gravity of the effect of the surface on the physical properties and the effect of the volume on the physical properties will change. It will be understood that particles whose typical dimensions such as the length of one side are on the order of nm may exhibit different physical properties from particles whose side length is, for example, μm or more.

このようなnmオーダーの寸法の粒子をナノ粒子と呼ぶ。コアの上にシェルを成長させたコア/シェル型構造のナノ粒子は、シェルがコアを保護する機能を有したり、結晶性コアの上に結晶性のよいエピタキシャルのシェルを形成できる可能性を持つ。近年ナノ粒子を積極的に利用して新たな光物性等を持つ材料を開発する研究がおこなわれている。   Particles having such dimensions on the order of nm are called nanoparticles. Core / shell type nanoparticles with a shell grown on the core have the potential for the shell to protect the core or to form a highly crystalline epitaxial shell on the crystalline core. Have. In recent years, research has been conducted to develop materials having new optical properties and the like by actively utilizing nanoparticles.

第1シェルとして所望の発光特性を有する化合物半導体を採用し、第1シェルを結晶成長する下地層として適切な化合物半導体でコアを形成することが考えられる。化合物半導体のみで積層構造を形成しようとすると、一般的に格子定数が異なることになり、格子整合を実現することが容易でなくなる。格子不整合は、結晶格子を歪ませ、発光効率や信頼性を低下させる原因になる。希望する格子定数を得られるように組成を選択した混晶を用いることにより、格子整合を実現できる。   It is conceivable to adopt a compound semiconductor having desired emission characteristics as the first shell, and to form a core with an appropriate compound semiconductor as an underlayer for crystal-growing the first shell. If an attempt is made to form a layered structure using only compound semiconductors, the lattice constants generally differ, making it difficult to achieve lattice matching. Lattice mismatch causes the crystal lattice to be distorted, which causes a reduction in luminous efficiency and reliability. Lattice matching can be realized by using a mixed crystal whose composition is selected so as to obtain a desired lattice constant.

コアの上に形成した第1シェルの上に、第2シェルを成長すると、第1シェルは、コアと第2シェルに挟まれた構成を有する。第1シェルを発光層とし、コアと第2シェルは第1シェルからの発光を透過するようにすれば、あらゆる方向に発光を生じることが可能となる。   When the second shell is grown on the first shell formed on the core, the first shell has a configuration sandwiched between the core and the second shell. If the first shell is a light emitting layer, and the core and the second shell transmit light emitted from the first shell, light can be emitted in all directions.

III−V族半導体として窒化物半導体が着目されている。化学合成によって窒化物半導体を結晶化させる場合、窒化物半導体の窒素源として、アルカリ金属を含む窒素源が用いられてきた。   Attention has been focused on nitride semiconductors as III-V semiconductors. When crystallizing a nitride semiconductor by chemical synthesis, a nitrogen source containing an alkali metal has been used as a nitrogen source of the nitride semiconductor.

コアをII−VI族の混晶半導体で形成し、第1シェルをコアと格子整合するIII−V族の混晶半導体で形成して、又はさらに第1シェルの上に格子整合する第2シェルを形成して、格子整合したナノ粒子を形成する提案、コアをエッチングして特定面方位を露出させた後格子整合するシェルを成長する提案等がされている(例えば特許文献1、3)。
II−VI族半導体とIII−V族半導体を用いてコアの上に複数層の格子整合する積層を形成し、その後II−VI族の構成要素をエッチングして、III−V族半導体のみの構成を得る提案等もされている(例えば特許文献2)。
A core formed of a group II-VI mixed crystal semiconductor, a first shell formed of a group III-V mixed crystal semiconductor lattice-matched to the core, or further a second shell lattice-matched on the first shell; Are formed to form lattice-matched nanoparticles, and a core is etched to expose a specific plane orientation, and then a lattice-matched shell is grown (for example, Patent Documents 1 and 3).
Using a II-VI semiconductor and a III-V semiconductor, a plurality of lattice-matched stacks are formed on a core, and then a II-VI component is etched to form a III-V semiconductor only configuration. (For example, Patent Document 2).

化学合成における窒化物半導体の窒素源として、アルカリ金属を含む窒素源を用いる場合、アルカリ金属が半導体結晶中に取り込まれ、不純物となって好ましくない影響を与えることが懸念される。   When a nitrogen source containing an alkali metal is used as the nitrogen source of the nitride semiconductor in the chemical synthesis, there is a concern that the alkali metal is taken into the semiconductor crystal and becomes an impurity, which has an undesirable effect.

気相成長法で窒化物半導体を成長する場合は、アンモニアが窒素源として用いられる。アンモニアは分解すると窒素と水素とを生じ、窒素以外の元素である水素は容易に結晶外に逃散でき、不純物として悪影響を与える可能性は低いであろう。しかし、アンモニアの分解温度は例えば800℃以上であり、溶媒を用いて行う化学合成の温度範囲では分解が促進されず、良好な窒素源とならない。   When growing a nitride semiconductor by a vapor growth method, ammonia is used as a nitrogen source. Ammonia decomposes to produce nitrogen and hydrogen, and hydrogen, an element other than nitrogen, can easily escape out of the crystal and is unlikely to have any adverse effects as impurities. However, the decomposition temperature of ammonia is, for example, 800 ° C. or higher, and decomposition is not promoted in a temperature range of chemical synthesis performed using a solvent, and the ammonia is not a good nitrogen source.

特開2016−145972号公報JP-A-2006-145972 特開2016−148028号公報JP-A-2006-148028 WO2016/125435号公報WO2016 / 125435

不純物濃度の低い窒化物半導体結晶が求められる。窒化物半導体結晶の化学合成において、窒化物半導体結晶中の不純物レベルを低下できる製造方法が求められる。窒素源としてアンモニアを用いることができれば、不純物濃度を低下できるであろう。   A nitride semiconductor crystal having a low impurity concentration is required. In the chemical synthesis of a nitride semiconductor crystal, a manufacturing method capable of lowering the impurity level in the nitride semiconductor crystal is required. If ammonia could be used as the nitrogen source, the impurity concentration could be reduced.

窒化物半導体結晶を成長する化学合成において、溶液中に光触媒材料を混入し、溶液を加熱し、窒素源としてアンモニアガスを導入しながら紫外線を照射し、光触媒が反応を補助して窒化物半導体のナノ粒子を形成する製造方法が提供される。アンモニアを窒素源として用いることにより、窒化物半導体ナノ粒子に不純物として含まれるアルカリ金属の含有濃度は低くなる。   In chemical synthesis for growing nitride semiconductor crystals, a photocatalytic material is mixed into a solution, the solution is heated, and ultraviolet light is irradiated while introducing ammonia gas as a nitrogen source. A manufacturing method for forming nanoparticles is provided. By using ammonia as the nitrogen source, the concentration of the alkali metal contained as an impurity in the nitride semiconductor nanoparticles is reduced.

図1Aは窒化物半導体ナノ粒子の合成装置の構成を概略的に示す側面図、図1Bは溶媒を収容した反応容器に原料と光触媒を投入して混合溶液を形成する工程を示す概略側面図である。FIG. 1A is a side view schematically showing a configuration of a nitride semiconductor nanoparticle synthesis apparatus, and FIG. 1B is a schematic side view showing a step of forming a mixed solution by charging a raw material and a photocatalyst into a reaction vessel containing a solvent. is there. 図2は、形成される窒化物半導体ナノ粒子を示す概略斜視図であり、実施例1の場合InNナノ粒子であり、実施例2の場合InGaNナノ粒子である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the formed nitride semiconductor nanoparticles. In Example 1, InN nanoparticles are used, and in Example 2, InGaN nanoparticles are used. 図3は、ナノシード母材の製造装置の構成を概略的に示す側面図である。FIG. 3 is a side view schematically showing a configuration of a manufacturing apparatus of the nanoseed base material. 図4は、エッチングによって特定結晶面を露出したナノシード母材35の概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view of the nanoseed base material 35 exposing a specific crystal plane by etching. 図5は、光エッチング装置の構成を概略的に示す側面図である。FIG. 5 is a side view schematically showing the configuration of the optical etching apparatus.

10 合成装置、 11 反応容器、 12 光照射装置、 13 温度センサー、
14 ヒーター、 15 攪拌機、 16 アンモニア供給ライン、
17 不活性ガス供給ライン、 18 真空置換ライン、 19 真空ポンプ、
20 アンモニア除害設備、 22 溶液、 23a 合成溶媒、
23b ヨウ化インジウム、 23c アナターゼ型二酸化チタン、
23d ヨウ化ガリウム、 25 窒化物半導体ナノ粒子、
30 ナノシード母材製造装置、 31 反応容器、 33 溶液、 35 母材、
36,37 ポート、 38 温度測定部、 39 ヒーター、 41 光源、
42 レンズ、 43 モノクロメーター、 44 光ファイバー、
45 ロッドレンズ、
Reference Signs List 10 synthesis device, 11 reaction vessel, 12 light irradiation device, 13 temperature sensor,
14 heater, 15 stirrer, 16 ammonia supply line,
17 inert gas supply line, 18 vacuum replacement line, 19 vacuum pump,
20 ammonia abatement equipment, 22 solution, 23a synthesis solvent,
23b indium iodide, 23c anatase type titanium dioxide,
23d gallium iodide, 25 nitride semiconductor nanoparticles,
30 nanoseed base material manufacturing device, 31 reaction vessel, 33 solution, 35 base material,
36, 37 ports, 38 temperature measuring section, 39 heater, 41 light source,
42 lenses, 43 monochromator, 44 optical fiber,
45 rod lens,

以下、実施例に沿って、窒化物半導体のナノ粒子の製造プロセスを説明する。まず、窒化物半導体の例として、InNおよびInGaNの製造プロセスを記載する。   Hereinafter, the manufacturing process of the nitride semiconductor nanoparticles will be described with reference to Examples. First, a manufacturing process of InN and InGaN will be described as an example of a nitride semiconductor.

実施例1: (InNナノ粒子の作製)
図1Aに合成装置の概略構成を示す。合成装置10は、反応容器11、光照射装置12、温度センサー13、ヒーター14、攪拌機15、アンモニア供給ライン16、不活性ガス供給ライン17、真空置換ライン18、真空ポンプ19、アンモニア除害設備20から構成されている。温度センサー13は、反応容器11内の収容物の温度を測定することができる。ヒーター14は、当該収容物を加熱することができる。撹拌機(回転羽根)15は、当該収容物を撹拌することができる。反応容器11内に、プラチナ、イリジウム、窒化ホウ素等で形成された内筒を使用してもよい。
Example 1: (Preparation of InN nanoparticles)
FIG. 1A shows a schematic configuration of the synthesis apparatus. The synthesis device 10 includes a reaction vessel 11, a light irradiation device 12, a temperature sensor 13, a heater 14, a stirrer 15, an ammonia supply line 16, an inert gas supply line 17, a vacuum replacement line 18, a vacuum pump 19, and an ammonia removal equipment 20. It is composed of The temperature sensor 13 can measure the temperature of the contents in the reaction container 11. The heater 14 can heat the container. The stirrer (rotary blade) 15 can stir the contents. An inner cylinder made of platinum, iridium, boron nitride, or the like may be used in the reaction vessel 11.

光照射装置12内には反応容器11内の光触媒剤の光触媒作用効果を誘引させる為の光源が内蔵されている。不活性ガスとしては高純度窒素、アルゴン等が使用できる。また、真空置換ラインに接続した真空ポンプでガス供給ラインの置換を可能とする。反応容器11はガラス製が望ましいが、ステンレス製であってもよい。但し、この場合は、光照射を行えるようにするため覗き窓を設ける必要がある。   The light irradiation device 12 includes a light source for inducing a photocatalytic effect of the photocatalyst agent in the reaction container 11. High-purity nitrogen, argon, or the like can be used as the inert gas. Further, the gas supply line can be replaced by a vacuum pump connected to the vacuum replacement line. The reaction vessel 11 is preferably made of glass, but may be made of stainless steel. However, in this case, it is necessary to provide a viewing window to enable light irradiation.

次に、合成方法について説明する。試料調整に関する全ての操作は、真空乾燥(140℃)した器具および装置を用いてグローブボックス内で実施する。   Next, a synthesis method will be described. All operations for sample preparation are performed in glove boxes using vacuum dried (140 ° C.) instruments and equipment.

図1Bを参照する。合成溶媒23aとしてジフェニルエーテル(20ml)を入れた反応容器11に、インジウム源であるヨウ化インジウム(165mg、0.36mmol)23b、光触媒材料であるアナターゼ型二酸化チタン(50 mg)23cをそれぞれ投入する。   Referring to FIG. Indium iodide (165 mg, 0.36 mmol) 23b as an indium source and anatase type titanium dioxide (50 mg) 23c as a photocatalytic material are charged into a reaction vessel 11 containing diphenyl ether (20 ml) as a synthesis solvent 23a.

図1Aに示すように、合成装置10に反応容器11をセットした後、攪拌機15を用いて十分攪拌しながら、不活性ガス供給ライン17を介して、高純度窒素を流し、反応容器内のパージを行い、溶液22を形成する。その後、アンモニア供給ライン16を介して、窒素源であるアンモニアガスを100ml/minで反応容器11内に導入する。   As shown in FIG. 1A, after setting the reaction vessel 11 in the synthesis apparatus 10, high-purity nitrogen is flowed through the inert gas supply line 17 while sufficiently stirring using the stirrer 15, thereby purging the inside of the reaction vessel. To form a solution 22. Thereafter, ammonia gas as a nitrogen source is introduced into the reaction vessel 11 at a rate of 100 ml / min through the ammonia supply line 16.

尚、使用する溶媒はジフェニルエーテル以外にも、オクチルエーテル、オクチルベンゼン、オクチルアミン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等が可能である。ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族溶媒も使える。但し、蒸気圧が高いため、溶媒を密閉できる容器を使用する必要がある。   The solvent used may be octyl ether, octylbenzene, octylamine, trioctylphosphine, triphenylphosphine, or the like, in addition to diphenyl ether. Aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene can also be used. However, since the vapor pressure is high, it is necessary to use a container capable of sealing the solvent.

尚、二酸化チタンは微粒子が好ましい。これは合成液中で光触媒効果のばらつきを低減させるためである。ナノ粒子の二酸化チタンを用いると光触媒効果が高まり、より好ましい。   The titanium dioxide is preferably fine particles. This is to reduce variations in the photocatalytic effect in the synthesis solution. The use of nanoparticle titanium dioxide enhances the photocatalytic effect and is more preferable.

光照射装置12からの紫外線を照射しながら溶液を300℃まで急速に加熱し、300℃のまま10時間保持する。その後、室温まで冷却して合成を終了させる。途中でアンモニアガスをアルゴンに切り替える。   The solution is rapidly heated to 300 ° C. while irradiating the ultraviolet rays from the light irradiation device 12 and kept at 300 ° C. for 10 hours. Thereafter, the synthesis is terminated by cooling to room temperature. Ammonia gas is switched to argon on the way.

反応液にナノ粒子の凝集防止の為に、凝固防止剤としてブタノールを添加し、10時間攪拌する。その後、溶媒(ジフェニルエーテル)が溶解する脱水メタノールと、ナノ粒子を分散させるトルエンを交互に用いた遠心分離(4000rpm、10分間)を繰り返して精製する。不要な原料や溶媒を完全に除去する。   To prevent coagulation of the nanoparticles, butanol is added to the reaction solution as an anticoagulant and stirred for 10 hours. Thereafter, purification is performed by repeating centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) using alternately dehydrated methanol in which the solvent (diphenyl ether) is dissolved and toluene in which the nanoparticles are dispersed. Unnecessary raw materials and solvents are completely removed.

合成温度は、アンモニアガスが少しでも分解が始まる温度であれば効果がある。液相の溶媒が目視できなくなる温度でも、化学合成が可能な場合もある。概ね800℃以下であればよいが、好ましくは200〜500℃、さらに好ましくは250〜450℃が反応効率、溶媒の分解温度の関係から好ましい。   The synthesis temperature is effective as long as the ammonia gas starts to decompose even a little. Chemical synthesis may be possible even at a temperature at which the solvent in the liquid phase becomes invisible. The temperature may be approximately 800 ° C. or less, preferably 200 to 500 ° C., and more preferably 250 to 450 ° C. in view of the reaction efficiency and the decomposition temperature of the solvent.

図2は、上記工程によりInNで形成された平均粒径約4.5nmの窒化物半導体ナノ粒子25を概略的に示す斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing nitride semiconductor nanoparticles 25 having an average particle size of about 4.5 nm formed of InN by the above-described process.

次に混晶であるInGaNのナノ粒子の製造プロセスを説明する。   Next, a manufacturing process of the mixed crystal InGaN nanoparticles will be described.

実施例2: (InGaNナノ粒子の作製)
図1A同様の合成装置10を用いる。図1B同様の溶液形成工程において、ガリウム原料としてヨウ化ガリウムを追加する。
Example 2: (Preparation of InGaN nanoparticles)
1A is used. In a solution forming step similar to FIG. 1B, gallium iodide is added as a gallium raw material.

図1Bに示すように、合成溶媒としてジフェニルエーテル(20ml)を入れた反応容器11内に、ガリウム源であるヨウ化ガリウム(108mg、0.24mmol)23d、インジウム源であるヨウ化インジウム(165mg、0.36mmol)23b、光触媒材料であるアナターゼ型二酸化チタン(50 mg)23cをそれぞれ投入する。   As shown in FIG. 1B, in a reaction vessel 11 containing diphenyl ether (20 ml) as a synthesis solvent, gallium iodide (108 mg, 0.24 mmol) 23d and indium source indium iodide (165 mg, 0 .36 mmol) 23b and an anatase type titanium dioxide (50 mg) 23c as a photocatalyst material are charged.

図1Aに示すように、合成装置10に反応容器11をセットした後、攪拌機15を用いて十分攪拌しながら、不活性ガス供給ライン17を介して、不活性ガスとして高純度窒素を流し、反応容器11内のパージを行う。その後、アンモニア供給ライン16を介して、アンモニアガスを100ml/minで反応容器11内に導入する。   As shown in FIG. 1A, after setting the reaction vessel 11 in the synthesis apparatus 10, high-purity nitrogen as an inert gas is flowed through the inert gas supply line 17 while sufficiently stirring using the stirrer 15, and the reaction is performed. The purging of the container 11 is performed. Thereafter, ammonia gas is introduced into the reaction vessel 11 at a rate of 100 ml / min through the ammonia supply line 16.

試料調整に関する全ての操作は、真空乾燥(140℃)した器具および装置を用いてグローブボックス内で実施する。尚、使用する溶媒はジフェニルエーテル以外にも、オクチルエーテル、オクチルベンゼン、オクチルアミン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等が可能である。ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶媒も使える。但し、蒸気圧が高いため、溶媒を密閉できる容器を使用する必要がある。   All operations for sample preparation are performed in glove boxes using vacuum dried (140 ° C.) instruments and equipment. The solvent used may be octyl ether, octylbenzene, octylamine, trioctylphosphine, triphenylphosphine, or the like, in addition to diphenyl ether. Aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene can also be used. However, since the vapor pressure is high, it is necessary to use a container capable of sealing the solvent.

尚、二酸化チタンは微粒子が好ましい。これは合成液中で光触媒効果のばらつきを低減させるためである。また、ナノ粒子の二酸化チタンを用いると光触媒効果が高まりより好ましい。   The titanium dioxide is preferably fine particles. This is to reduce variations in the photocatalytic effect in the synthesis solution. The use of nanoparticle titanium dioxide is more preferable because the photocatalytic effect is enhanced.

光照射装置12から発する紫外線を照射しながら混合液を350℃まで急速に加熱し、350℃のまま10時間保持する。その後、室温まで冷却して合成を終了させる。途中でアンモニアガスをアルゴンに切り替える。   The mixture is rapidly heated to 350 ° C. while irradiating ultraviolet rays emitted from the light irradiating device 12 and kept at 350 ° C. for 10 hours. Thereafter, the synthesis is terminated by cooling to room temperature. Ammonia gas is switched to argon on the way.

反応液にナノ粒子の凝集防止の為に、凝固防止剤としてブタノールを添加し、10時間攪拌する。その後、溶媒(ジフェニルエーテル)が溶解する脱水メタノールと、ナノ粒子を分散させるトルエンを交互に用いた遠心分離(4000rpm、10分間)を繰り返して精製する。不要な原料や溶媒を完全に除去する。   To prevent coagulation of the nanoparticles, butanol is added to the reaction solution as an anticoagulant and stirred for 10 hours. Thereafter, purification is performed by repeating centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) using alternately dehydrated methanol in which the solvent (diphenyl ether) is dissolved and toluene in which the nanoparticles are dispersed. Unnecessary raw materials and solvents are completely removed.

合成温度は、アンモニアガスが少しでも分解が始まる温度であれば効果がある。概ね800℃以下であればよいが、好ましくは200〜500℃、さらに好ましくは250〜450℃が反応効率、溶媒の分解温度の関係から好ましい。   The synthesis temperature is effective as long as the ammonia gas starts to decompose even a little. The temperature may be approximately 800 ° C. or less, preferably 200 to 500 ° C., and more preferably 250 to 450 ° C. in view of the reaction efficiency and the decomposition temperature of the solvent.

上記の工程により、図2に示すような、In0.60Ga0.40Nで形成された、平均粒径約5nmの窒化物半導体ナノ粒子25が作製できる。 Through the above steps, nitride semiconductor nanoparticles 25 formed of In 0.60 Ga 0.40 N and having an average particle size of about 5 nm as shown in FIG. 2 can be manufactured.

なお、GaをAlに置換し、ヨウ化ガリウムの代わりにヨウ化アルミニウムを原料に用いれば、InAlN混晶を製造することができる。次にII−VI族半導体(ZnOS)をシードとして成長し、そのシードの上に格子整合するInGaNシェルを形成する実施例を説明する。   Note that if Al is substituted for Ga and aluminum iodide is used as a raw material instead of gallium iodide, an InAlN mixed crystal can be produced. Next, an embodiment in which a II-VI group semiconductor (ZnOS) is grown as a seed and an InGaN shell lattice-matching is formed on the seed will be described.

実施例3: (ZnOSシード上にInGaNシェルを有するナノ粒子の作製)
窒化物ナノ粒子に格子整合するZnOSナノシードを使って高品質なInGaNナノ粒子の作製を行う。まず、ホットインジェクションにより、ZnOSナノシードを予め作製する。ZnOSナノシードとして、ZnO0.720.28母材粒子を合成することにする。
Example 3: (Preparation of nanoparticles with InGaN shell on ZnOS seed)
Fabrication of high quality InGaN nanoparticles using ZnOS nanoseed that lattice matches with nitride nanoparticles. First, ZnOS nanoseed is prepared in advance by hot injection. As ZnOS nanoseed, ZnO 0.72 S 0.28 base material particles will be synthesized.

図3は、ナノシード母材の製造装置30を概略的に示す側面図である。300mlの石英製フラスコを反応容器31として準備する。石英製フラスコ31には、取出し口の他、フラスコ内を不活性ガス(Ar)で置換できるポート36、反応前駆体を注入できる複数の専用シリンジを備えるポート37、熱電対を取り付けた温度測定部38を備える。不活性ガスとしてはアルゴン(Ar)を用いる。石英製フラスコ31はマントルヒータ39上に設置する。   FIG. 3 is a side view schematically showing an apparatus 30 for manufacturing a nanoseed base material. A 300 ml quartz flask is prepared as the reaction vessel 31. In addition to the outlet, the quartz flask 31 has a port 36 in which the inside of the flask can be replaced with an inert gas (Ar), a port 37 having a plurality of dedicated syringes into which a reaction precursor can be injected, and a temperature measuring unit to which a thermocouple is attached. 38. Argon (Ar) is used as the inert gas. The quartz flask 31 is set on a mantle heater 39.

反応前駆体として、不活性ガスで封入したジエチル亜鉛(Zn(C)、酸素をバブリングしたオクチルアミン(C17NH)、ビス(トリメチルシリル)スルフィド(bis(trimethylsilyl) sulfide)が充填されたシリンジをそれぞれ用意する。ジエチル亜鉛(Zn(C)が4.0mmol、酸素ガスをバブリングしたオクチルアミン(C17NH)が2.8mmol、ビス(トリメチルシリル)スルフィド(bis(trimethylsilyl) sulfide)が1.2mmolとなるように、ジエチル亜鉛を410μl、オクチルアミンを460μl、ビス(トリメチルシリル)スルフィドを250μl調合する。 As a reaction precursor, diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) sealed with an inert gas, octylamine (C 8 H 17 NH 2 ) bubbled with oxygen, bis (trimethylsilyl) sulfide (bis (trimethylsilyl) sulfide) ) Is prepared for each syringe. 4.0 mmol of diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ), 2.8 mmol of octylamine (C 8 H 17 NH 2 ) bubbled with oxygen gas, and bis (trimethylsilyl) sulfide (bis (trimethylsilyl) sulfide) To prepare 1.2 mmol, 410 μl of diethyl zinc, 460 μl of octylamine, and 250 μl of bis (trimethylsilyl) sulfide are prepared.

ここで酸素をバブリングしたオクチルアミンは、予めオクチルアミン(C17NH)に酸素を2分間バブリングすることで作製しておく。なお、反応前駆体の比率を変更すると、ナノ粒子の組成を変更できる。 Here, octylamine to which oxygen has been bubbled is prepared in advance by bubbling octylamine (C 8 H 17 NH 2 ) with oxygen for 2 minutes. Note that by changing the ratio of the reaction precursor, the composition of the nanoparticles can be changed.

反応溶媒として、トリnオクチルフォスフィンオキサイド(tri-n-octylphosphine oxide,TOPO)8gとヘキサデシルアミンhexadecylamine(HDA)4gを反応容器に入れる。不活性ガス(Ar)雰囲気とし、液体32をスターラで撹拌しつつ、マントルヒータを使用して300℃に加熱し、すべてを溶解させる。   As a reaction solvent, 8 g of tri-n-octylphosphine oxide (TOPO) and 4 g of hexadecylamine (HDA) are put into a reaction vessel. The mixture is heated to 300 ° C. using a mantle heater while stirring the liquid 32 with an inert gas (Ar) atmosphere using a stirrer to dissolve everything.

反応溶媒が300℃に達したら、反応前駆体をそれぞれのシリンジより素早く投入する。反応前駆体の熱分解によりZnO0.720.28の結晶核が生成する。反応前駆体を注入した直後に、温度を200℃まで急冷する。300℃のままにすると反応前駆体の多くが核形成に費やされてしまい時間経過とともにさまざまなサイズの核が生成されてしまう。急冷により反応溶媒中での新たな核形成を防ぐことができる。その後、反応溶媒を240℃まで再加熱し、240分間一定の温度に保ちZnO0.720.28の成長を行う。これにより、20nmを中心サイズとした粒径分布を有するナノサイズの母材粒子35が合成できる。 When the temperature of the reaction solvent reaches 300 ° C., the reaction precursor is quickly charged from each syringe. Crystal nuclei of ZnO 0.72 S 0.28 are generated by thermal decomposition of the reaction precursor. Immediately after the injection of the reaction precursor, the temperature is rapidly cooled to 200 ° C. If the temperature is kept at 300 ° C., much of the reaction precursor is used for nucleation, and nuclei of various sizes are generated with the passage of time. Rapid quenching can prevent new nucleation in the reaction solvent. Thereafter, the reaction solvent is reheated to 240 ° C., and the temperature is kept constant for 240 minutes to grow ZnO 0.72 S 0.28 . Thus, nano-sized base material particles 35 having a particle size distribution centered at 20 nm can be synthesized.

その後、反応容器を100℃まで自然放冷で冷却し、100℃で1時間熱処理を行う。これにより母材粒子の表面の安定化が行える(表面安定化処理)。その後、室温まで冷却し、反応液に母材粒子の凝集防止の為に、凝固防止剤としてブタノールを添加し、10時間攪拌(凝集防止処理)をする。溶媒(TOPO)が溶解する脱水メタノールと、母材粒子を分散させるトルエンを交互に用いた遠心分離(4000rpm、10分間)を繰り返して精製する。繰り返すことで、不要な原料や溶媒を完全に除去する(精製処理)。   Thereafter, the reaction vessel is naturally cooled to 100 ° C., and heat-treated at 100 ° C. for 1 hour. Thereby, the surface of the base material particles can be stabilized (surface stabilization treatment). Thereafter, the mixture is cooled to room temperature, butanol is added to the reaction solution as a coagulation inhibitor to prevent aggregation of the base material particles, and the mixture is stirred for 10 hours (anti-aggregation treatment). Purification is performed by repeating centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) using alternately dehydrated methanol in which the solvent (TOPO) is dissolved and toluene in which the base material particles are dispersed. By repeating, unnecessary materials and solvents are completely removed (purification treatment).

図4に示すように、このようにして得たZnO0.720.28母材粒子35をエッチング加工して、特定面として(0001)面(C面)を有するナノシードを形成する。合成したZnO0.720.28母材粒子は表面処理、凝集防止処理、精製処理を施しており、メタノールに分散した状態である。メタノールを気化させ母材粒子を濃縮する。但し、完全に気化させてしまうと母材粒子が凝集してしまうので、わずかにメタノールを残し、光エッチング液である超純水を加える。 As shown in FIG. 4, the ZnO 0.72 S 0.28 base material particles 35 thus obtained are etched to form nanoseed having a (0001) plane (C plane) as a specific plane. The synthesized ZnO 0.72 S 0.28 base material particles have been subjected to a surface treatment, an aggregation prevention treatment, and a purification treatment, and are in a state of being dispersed in methanol. The methanol is vaporized to concentrate the base material particles. However, if completely vaporized, the base material particles will aggregate. Therefore, a slight amount of methanol is left, and ultrapure water as a photoetching solution is added.

特定面方位である(0001)面を選択的に露出させる為に、硝酸(61容量%)を加える。エッチング液の配合比は超純水:硝酸(61容量%)=600:1とする。25℃に保ったこの溶液に酸素を5分間バブリングする。   Nitric acid (61% by volume) is added in order to selectively expose the (0001) plane having a specific plane orientation. The mixing ratio of the etchant is ultrapure water: nitric acid (61% by volume) = 600: 1. Oxygen is bubbled through the solution maintained at 25 ° C. for 5 minutes.

図5は、光エッチング装置の構成を概略的に示す側面図である。水銀ランプなどの光源41からの光をレンズ42を介してモノクロメーター43に供給し、単波長化した光を、光ファイバー44、ロッドレンズ45を介して、フラスコ31内の溶液33に入射する。   FIG. 5 is a side view schematically showing the configuration of the optical etching apparatus. Light from a light source 41 such as a mercury lamp is supplied to a monochromator 43 via a lens 42, and the single-wavelength light is incident on the solution 33 in the flask 31 via an optical fiber 44 and a rod lens 45.

フラスコ31にバブリングが終わった混合溶液(エッチング液)33を収容する。発光波長405nm(3.06eV)、半値幅6nmの光をエッチング液33に照射する。この光は、ZnO0.720.28母材粒子の吸収端波長よりも十分短波長の光である。光源には水銀ランプをモノクロメーターで分光した光を用いる。粒子サイズの違いにより吸収端波長がばらばらなZnO0.720.28母材粒子は光を吸収して光溶解反応を生じ、表面が光溶解液に溶解して徐々に径が小さくなっていく。 The mixed solution (etching solution) 33 after bubbling is contained in the flask 31. The etching liquid 33 is irradiated with light having an emission wavelength of 405 nm (3.06 eV) and a half width of 6 nm. This light has a wavelength sufficiently shorter than the absorption edge wavelength of the ZnO 0.72 S 0.28 base material particles. As a light source, light obtained by dispersing a mercury lamp with a monochromator is used. The ZnO 0.72 S 0.28 base material particles having different absorption edge wavelengths due to the difference in particle size absorb light and cause a photodissolution reaction, and the surface is dissolved in the photodissolution solution and the diameter gradually decreases. Go.

エッチングが進行するにつれ吸収端波長が短波長にシフトしていく。加えて選択的なエッチング効果のある硝酸により、光エッチングをアシストすることで、(0001)結晶面が現れる。吸収端波長が照射光の波長より短くなり光溶解反応が停止するまで光を照射する。照射時間は20時間とする。エッチングが終了したら、エッチング液を完全に置換する為、十分な水洗を行う。このようにして、サイズを揃えた、(0001)面(C面)を支配的に有するZnO0.720.28ナノシード粒子を得ることができる。 As the etching progresses, the absorption edge wavelength shifts to a shorter wavelength. In addition, nitric acid, which has a selective etching effect, assists the photo-etching so that a (0001) crystal plane appears. Light is irradiated until the absorption edge wavelength becomes shorter than the wavelength of irradiation light and the photolysis reaction stops. The irradiation time is 20 hours. After the etching is completed, sufficient washing with water is performed to completely replace the etching solution. In this manner, ZnO 0.72 S 0.28 nanoseed particles having a uniform size and a dominant (0001) plane (C plane) can be obtained.

図1を参照する。作製した(0001)面を支配的に有するZnO0.720.28ナノシードを含んだ水溶液6mlを抜き取り、凍結乾燥する。合成溶媒ジフェニルエーテル(20ml)を入れた反応容器11に、ガリウム源であるヨウ化ガリウム(108mg、0.24mmol)、インジウム源であるヨウ化インジウム(165mg、0.36mmol)、光触媒材料であるアナターゼ型二酸化チタン(50 mg)をそれぞれ投入する。合成装置10に反応容器11をセットした後、攪拌機15を用いて十分攪拌しながら、真空置換ライン18を用いて残留ガスを廃棄した後、不活性ガス供給ライン17を用いて高純度窒素を流し、反応容器11内のパージを行う。その後、アンモニア供給ライン16からアンモニアガスを100ml/minで反応容器11内に導入する。 Please refer to FIG. 6 ml of the prepared aqueous solution containing ZnO 0.72 S 0.28 nanoseed having dominant (0001) plane is extracted and freeze-dried. Gallium iodide (108 mg, 0.24 mmol) as a gallium source, indium iodide (165 mg, 0.36 mmol) as an indium source, and an anatase-type photocatalytic material were placed in a reaction vessel 11 containing a synthesis solvent diphenyl ether (20 ml). Titanium dioxide (50 mg) is charged. After the reaction vessel 11 is set in the synthesis apparatus 10, the residual gas is discarded using the vacuum replacement line 18 while sufficiently stirring using the stirrer 15, and high-purity nitrogen is flown using the inert gas supply line 17. Then, purging of the reaction vessel 11 is performed. Thereafter, ammonia gas is introduced into the reaction vessel 11 from the ammonia supply line 16 at a rate of 100 ml / min.

合成液中で光触媒効果のばらつきを低減させるため、二酸化チタンは微粒子が好ましい。ナノ粒子二酸化チタンを用いると光触媒効果が高まりより好ましい。溶媒として、ジフェニルエーテル以外にも、オクチルエーテル、オクチルベンゼン、オクチルアミン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等が使用可能である。ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶媒も使用できる。但し、蒸気圧が高いため、溶媒を密閉できる容器を使用する必要がある。   Fine particles of titanium dioxide are preferred in order to reduce the variation in the photocatalytic effect in the synthesis solution. The use of nanoparticulate titanium dioxide is more preferable because the photocatalytic effect is enhanced. As the solvent, octyl ether, octylbenzene, octylamine, trioctylphosphine, triphenylphosphine, and the like can be used in addition to diphenyl ether. Aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene can also be used. However, since the vapor pressure is high, it is necessary to use a container capable of sealing the solvent.

光照射装置12から混合液22に紫外線を照射しながら混合液を350℃まで急速に加熱し、350℃のまま10時間保持する。アンモニアの分解にある程度の時間がかかる為、合成は比較的ゆっくり行われる。その後、室温まで冷却して合成を終了させる。途中、アンモニアガスをアルゴンに切り替える。反応液にナノ粒子の凝集防止の為に、凝固防止剤としてブタノールを添加し、10時間攪拌する。最後に溶媒(ジフェニルエーテル)が溶解する脱水メタノールと、ナノ粒子を分散させるトルエンを交互に用いた遠心分離(4000rpm、10分間)を繰り返して精製する。不要な原料や溶媒を完全に除去する。   The mixture is rapidly heated to 350 ° C. while irradiating the mixture 22 with ultraviolet light from the light irradiation device 12, and is kept at 350 ° C. for 10 hours. The synthesis takes place relatively slowly because the decomposition of ammonia takes some time. Thereafter, the synthesis is terminated by cooling to room temperature. On the way, the ammonia gas is switched to argon. To prevent coagulation of the nanoparticles, butanol is added to the reaction solution as an anticoagulant and stirred for 10 hours. Finally, purification is performed by repeating centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) using alternately dehydrated methanol in which the solvent (diphenyl ether) is dissolved and toluene in which the nanoparticles are dispersed. Unnecessary raw materials and solvents are completely removed.

これにより(0001)面(C面)を支配的に有するZnO0.720.28ナノシード上にIn0.60Ga0.40N窒化物半導体がエピタキシャル成長した高品質のナノ粒子が作製できる。なお、合成時にキャッピング剤を入れることも可能である。その場合ヘキサデカンチオールやステアリン酸亜鉛等を用いればよい。 As a result, high-quality nanoparticles in which an In 0.60 Ga 0.40 N nitride semiconductor is epitaxially grown on ZnO 0.72 S 0.28 nanoseed having a (0001) plane (C plane) dominantly can be produced. In addition, it is also possible to add a capping agent at the time of synthesis. In that case, hexadecanethiol, zinc stearate, or the like may be used.

ZnO0.720.28ナノシードを選択的に除去することもできる。これは窒化物半導体とのエッチング速度の差を利用すればよく、例えば希塩酸などでZnO0.720.28ナノシードの除去が可能である。ZnO0.720.28ナノシードをIn0.60Ga0.40N窒化物半導体が覆うように積層した場合でも、隣り合う結晶面の界面付近や界面近傍の結晶性が低いため、エッチング液はナノシード表面まで浸透しやすく、除去が可能である。 ZnO 0.72 S 0.28 nanoseed can also be selectively removed. This may be achieved by utilizing the difference in etching rate between the nitride semiconductor and the nitride semiconductor. For example, it is possible to remove ZnO 0.72 S 0.28 nanoseed using diluted hydrochloric acid or the like. Even when ZnO 0.72 S 0.28 nanoseed is stacked so as to be covered with the In 0.60 Ga 0.40 N nitride semiconductor, the crystallinity near the interface between adjacent crystal planes or near the interface is low, so that the etching solution Easily penetrates to the nanoseed surface and can be removed.

合成温度は、アンモニアガスが少しでも分解が始まる温度であればよい。概ね800℃以下であればよい。好ましくは200〜500℃、さらに好ましくは250〜450℃が反応効率、溶媒の分解温度の関係から好ましい。   The synthesis temperature may be a temperature at which decomposition of the ammonia gas starts even if a little. The temperature may be approximately 800 ° C. or less. Preferably it is 200-500 degreeC, More preferably, it is 250-450 degreeC from the relationship of reaction efficiency and the decomposition temperature of a solvent.

これにより平均粒径約5nmのIn0.60Ga0.40N窒化物半導体が作製できる。 Thereby, an In 0.60 Ga 0.40 N nitride semiconductor having an average particle size of about 5 nm can be manufactured.

実施例1〜3において、光触媒材料が窒化物ナノ粒子の合成に悪影響は生じないことを確認してある。最終的なナノ粒子に光触媒が含まれていてもその機能に問題は生じない。   In Examples 1 to 3, it was confirmed that the photocatalytic material did not adversely affect the synthesis of nitride nanoparticles. Even if the photocatalyst is contained in the final nanoparticles, there is no problem in its function.

窒素源としてナトリウムアミドを用いた比較例を実験した。   A comparative example using sodium amide as a nitrogen source was tested.

比較例1(ナトリウムアミドを用いたInNの作製例)
試料調整に関する全ての操作は、真空乾燥(140℃)した器具および装置を用いてグローブボックス内で実施した。
Comparative Example 1 (Example of producing InN using sodium amide)
All operations relating to sample preparation were performed in a glove box using vacuum-dried (140 ° C.) instruments and equipment.

合成溶媒としてジフェニルエーテル(20ml)を入れた反応容器に、インジウム源であるヨウ化インジウム(165mg、0.36mmol)、窒素源であるナトリウムアミド(500mg、12.8mmol)をそれぞれ投入した。合成装置に反応容器をセットした後、十分攪拌しながら、不活性ガスとして高純度窒素を流した。   Indium iodide (165 mg, 0.36 mmol) as an indium source and sodium amide (500 mg, 12.8 mmol) as a nitrogen source were charged into a reaction vessel containing diphenyl ether (20 ml) as a synthesis solvent. After setting the reaction vessel in the synthesizer, high-purity nitrogen was passed as an inert gas while sufficiently stirring.

混合液を300℃まで急速に加熱し、300℃のまま1時間保持した。その後、室温まで冷却し合成を終了させた。反応液にナノ粒子の凝集防止の為に、凝固防止剤としてブタノールを添加し、10時間攪拌した。最後に溶媒(ジフェニルエーテル)が溶解する脱水メタノールと、ナノ粒子を分散させるトルエンを交互に用いた遠心分離(4000rpm、10分間)を繰り返して精製した。不要な原料や溶媒を完全に除去した。平均粒径約4.5nmのInN窒化物半導体を作製した。   The mixture was rapidly heated to 300 ° C. and kept at 300 ° C. for 1 hour. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature to complete the synthesis. Butanol was added to the reaction solution as an anticoagulant to prevent aggregation of nanoparticles, and the mixture was stirred for 10 hours. Finally, purification was carried out by repeated centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) using alternately dehydrated methanol in which the solvent (diphenyl ether) is dissolved and toluene in which the nanoparticles are dispersed. Unnecessary raw materials and solvents were completely removed. An InN nitride semiconductor having an average particle size of about 4.5 nm was produced.

比較例2(ナトリウムアミドを用いたInGaNの作製例)
試料調整に関する全ての操作は、真空乾燥(140℃)した器具および装置を用いてグローブボックス内で実施した。
Comparative Example 2 (Example of producing InGaN using sodium amide)
All operations relating to sample preparation were performed in a glove box using vacuum-dried (140 ° C.) instruments and equipment.

合成溶媒としてジフェニルエーテル(20ml)を入れた反応容器に、ガリウム源であるヨウ化ガリウム(108mg、0.24mmol)、インジウム源であるヨウ化インジウム(165mg、0.36mmol)、窒素源であるナトリウムアミド(500mg、12.8mmol)をそれぞれ投入した。合成装置に反応容器をセットした後、十分攪拌しながら、不活性ガスとして高純度窒素を流した。   Gallium iodide gallium iodide (108 mg, 0.24 mmol), indium source indium iodide (165 mg, 0.36 mmol), nitrogen source sodium amide were placed in a reaction vessel containing diphenyl ether (20 ml) as a synthesis solvent. (500 mg, 12.8 mmol), respectively. After setting the reaction vessel in the synthesizer, high-purity nitrogen was passed as an inert gas while sufficiently stirring.

混合液を300℃まで急速に加熱し、300℃のまま1時間保持した。その後、室温まで冷却し合成を終了させた。反応液にナノ粒子の凝集防止の為に、凝固防止剤としてブタノールを添加し、10時間攪拌した。最後に溶媒(ジフェニルエーテル)が溶解する脱水メタノールと、ナノ粒子を分散させるトルエンを交互に用いた遠心分離(4000rpm、10分間)を繰り返して精製した。不要な原料や溶媒を完全に除去した。平均粒径約5nmのIn0.60Ga0.40N窒化物半導体を作製した。 The mixture was rapidly heated to 300 ° C. and kept at 300 ° C. for 1 hour. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature to complete the synthesis. Butanol was added to the reaction solution as an anticoagulant to prevent aggregation of nanoparticles, and the mixture was stirred for 10 hours. Finally, purification was carried out by repeated centrifugation (4000 rpm, 10 minutes) using alternately dehydrated methanol in which the solvent (diphenyl ether) is dissolved and toluene in which the nanoparticles are dispersed. Unnecessary raw materials and solvents were completely removed. An In 0.60 Ga 0.40 N nitride semiconductor having an average particle size of about 5 nm was produced.

比較例1及び比較例2の蛍光X線分析及び高周波誘導結合プラズマ(ICP)分析を実施したところ、ナトリウムがIII族元素(インジウムおよびガリウム)に対して10%程度含まれることが分かった。   When the fluorescent X-ray analysis and the high-frequency inductively coupled plasma (ICP) analysis of Comparative Examples 1 and 2 were performed, it was found that sodium was contained at about 10% with respect to the group III element (indium and gallium).

それぞれの比較例において、V族材料をリチウムアミド、窒化リチウム、カリウムアミドに変えた場合、高周波誘導結合プラズマ(ICP)分析から同様レベルかそれ以上のリチウムやカリウムが検出されることが分かった。   In each of the comparative examples, when the group V material was changed to lithium amide, lithium nitride, or potassium amide, it was found that high-frequency inductively coupled plasma (ICP) analysis detected lithium or potassium at a similar level or higher.

実施例1、実施例2及び実施例3ではアルカリ金属含有量は、測定限度も考慮して、1%以下であった。このことから、窒素源をアンモニアにすることで、ナトリウム等のアルカリ金属のナノ粒子への取り込みは抑制されることが示された。   In Examples 1, 2, and 3, the alkali metal content was 1% or less in consideration of the measurement limit. This indicates that the incorporation of alkali metals such as sodium into nanoparticles is suppressed by using ammonia as the nitrogen source.

実施例1と比較例1で作製したサンプルのInN窒化物ナノ粒子の光学特性を比較した。光学特性には同一量のナノ粒子が分散した分散液を使用した。光学特性の測定には、QE−2100(大塚電子製)を用いた。   The optical characteristics of the InN nitride nanoparticles of the samples prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were compared. A dispersion in which the same amount of nanoparticles was dispersed was used for optical characteristics. For the measurement of the optical characteristics, QE-2100 (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) was used.

実施例1のサンプル、比較例1のサンプルは、いずれも波長800nmに発光中心を有するナノ粒子であった。実施例1のサンプルの発光効率は比較例1のサンプルの発光効率の約1.5倍であった。   Both the sample of Example 1 and the sample of Comparative Example 1 were nanoparticles having an emission center at a wavelength of 800 nm. The luminous efficiency of the sample of Example 1 was about 1.5 times the luminous efficiency of the sample of Comparative Example 1.

実施例2、実施例3および比較例2で作成したサンプルは、いずれも波長600nmに発光中心を有するナノ粒子であった。発光効率を比較すると、実施例2のサンプルが比較例2のサンプルの約1.5倍、実施例3のサンプルが比較例2のサンプルの約2倍の発光効率であった。   The samples prepared in Example 2, Example 3, and Comparative Example 2 were all nanoparticles having an emission center at a wavelength of 600 nm. Comparing the luminous efficiencies, the sample of Example 2 had a luminous efficiency about 1.5 times that of the sample of Comparative Example 2, and the sample of Example 3 had about twice the luminous efficiency of the sample of Comparative Example 2.

実施例3のサンプルの発光効率が実施例2のサンプルの発光効率より向上したのは、ナノシードを使うことで窒化物ナノ粒子の結晶性が向上したことに由来すると考えられる。   It is considered that the reason that the luminous efficiency of the sample of Example 3 was higher than the luminous efficiency of the sample of Example 2 is that the crystallinity of the nitride nanoparticles was improved by using the nanoseed.

尚、In、Gaの組成比を変化させ、例えばIn/Ga比を小さく、粒子サイズを小さくすれば、発光波長は高エネルギー側に変化し、紫外線までの発光が可能である。逆に、In/Ga比を大きく、粒子サイズを大きくすれば、発光波長は低エネルギー側に変化し、赤外線の発光も可能である。   If the composition ratio of In and Ga is changed, for example, the In / Ga ratio is reduced and the particle size is reduced, the emission wavelength changes to the higher energy side, and light emission up to ultraviolet light is possible. Conversely, if the In / Ga ratio is increased and the particle size is increased, the emission wavelength changes to a lower energy side, and infrared light emission is possible.

また、ZnOSコアの周囲をInGaNシェルで覆う例を記載したが、シェルの上にさらにZnOS層を積層してもよい。InGaNシェルの上にInAlNシェルを積層することも可能である。In0.60Ga0.40N窒化物半導体をコアにし、In0.67Al0.33Nシェルで被覆してもよい。 Further, although the example in which the periphery of the ZnOS core is covered with the InGaN shell is described, a ZnOS layer may be further laminated on the shell. It is also possible to stack an InAlN shell on the InGaN shell. The core may be an In 0.60 Ga 0.40 N nitride semiconductor and may be covered with an In 0.67 Al 0.33 N shell.

上述のナノ粒子は蛍光体として利用できる。例えばLEDやバックライト用のフィルムなどへ封入することで利用が可能である。p型層、発光層、n型層を積層し、p側電極、n側電極を形成して発光機能を持たせる可能性もあろう。   The nanoparticles described above can be used as phosphors. For example, it can be used by enclosing it in an LED or a film for a backlight. There is also a possibility that the p-type layer, the light-emitting layer, and the n-type layer are stacked, and a p-side electrode and an n-side electrode are formed to have a light emitting function.

Claims (10)

In,Ga,Alのいずれかを含むIII族元素窒化物領域を有するナノ粒子であり、前記III族元素窒化物領域のアルカリ金属の含有濃度が1at%以下である、ナノ粒子。   A nanoparticle having a group III element nitride region containing any of In, Ga, and Al, wherein the alkali metal content of the group III element nitride region is 1 at% or less. 前記III族元素窒化物領域に、光触媒材料を含む、請求項1に記載のナノ粒子。   The nanoparticles according to claim 1, wherein the group III element nitride region includes a photocatalytic material. 前記光触媒材料が、アナターゼ型二酸化チタンである、請求項2に記載のナノ粒子。   The nanoparticles according to claim 2, wherein the photocatalytic material is anatase-type titanium dioxide. さらに、ZnOSナノシード領域を含み、前記III族元素窒化物領域は前記ZnOSナノシード領域を被覆する形状である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のナノ粒子。   The nanoparticle according to any one of claims 1 to 3, further comprising a ZnOS nanoseed region, wherein the group III element nitride region has a shape covering the ZnOS nanoseed region. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のナノ粒子を含む、光源用被膜。   A light source coating comprising the nanoparticles according to claim 1. 溶媒中に、III族元素のソースを含む原料と、光触媒を混合した溶液を形成し、
前記溶液を加熱し、撹拌し、光照射しつつ、前記溶液中でアンモニアガスをバブリングして、III族元素窒化物を合成する、
窒化物ナノ粒子の製造方法。
In a solvent, a solution containing a raw material containing a group III element source and a photocatalyst is formed,
The solution is heated, stirred, and irradiated with light while bubbling ammonia gas in the solution to synthesize a group III element nitride.
A method for producing nitride nanoparticles.
前記光触媒材料が、アナターゼ型酸化チタン、ブルッカイト型酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステン、チタン酸ストロンチウムの少なくとも1種を含む請求項6に記載の窒化物ナノ粒子の製造方法。   The method for producing nitride nanoparticles according to claim 6, wherein the photocatalytic material includes at least one of anatase-type titanium oxide, brookite-type titanium oxide, zinc oxide, iron oxide, tungsten oxide, and strontium titanate. 前記溶媒が、ジフェニルエーテル、オクチルエーテル、オクチルベンゼン、トリオクチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ベンゼン、トルエン、キシレンの少なくとも一種類を含む、請求項6又は7に記載の窒化物ナノ粒子の製造方法。   The method for producing nitride nanoparticles according to claim 6, wherein the solvent includes at least one of diphenyl ether, octyl ether, octyl benzene, trioctyl phosphine, triphenyl phosphine, benzene, toluene, and xylene. 前記III族元素のソースがIII族元素のヨウ化物を含み、前記アンモニア以外に窒素源となる材料がない、請求項6〜8のいずれか1項に記載の窒化物ナノ粒子の製造方法。   The method for producing nitride nanoparticles according to any one of claims 6 to 8, wherein the group III element source includes a group III element iodide, and there is no material other than the ammonia to be a nitrogen source. 前記溶液を加熱する温度が、200℃〜500℃の範囲内である、請求項6〜9のいずれか1項に記載の窒化物ナノ粒子の製造方法。   The method for producing nitride nanoparticles according to claim 6, wherein a temperature at which the solution is heated is in a range of 200 ° C. to 500 ° C. 11.
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