JP4761357B2 - Semiconductor particle phosphor and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体粒子蛍光体およびその製造方法に関し、詳しくは、発光強度、発光効率を向上させた半導体粒子蛍光体、および合成手順が簡便であり、合成収率が高い半導体粒子蛍光体の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor particle phosphor and a method for producing the same, and more particularly, a semiconductor particle phosphor having improved emission intensity and luminous efficiency, and a semiconductor particle phosphor having a simple synthesis procedure and a high synthesis yield. Regarding the method.
半導体結晶粒子(以下「結晶粒子」という。)を励起子ボーア半径程度に小さくすると、量子サイズ効果を示すことが分かっている。量子サイズ効果とは、物質の大きさが小さくなると、その中の電子は自由に運動できなくなることである。このような状態では、電子のエネルギーは任意ではなく、特定の値しか取り得なくなる。たとえば、励起子ボーア半径程度の結晶粒子から発生する光の波長は寸法が小さくなるほど短波長になる。 It has been found that when semiconductor crystal particles (hereinafter referred to as “crystal particles”) are made as small as an exciton Bohr radius, a quantum size effect is exhibited. The quantum size effect is that when the size of a material is reduced, the electrons in it cannot move freely. In such a state, the energy of the electrons is not arbitrary and can take only a specific value. For example, the wavelength of light generated from crystal particles having an exciton Bohr radius is shorter as the size is smaller.
しかし、このような効果が現れる結晶粒子の表面はタングリングボンド(未結合手)が支配的であるため、結晶粒子をそのバンドギャップ(バンド間のエネルギーギャップをいう、以下同じ)より大きなバンドギャップを有する材料で覆うことにより、結晶粒子表面欠陥をキャッピングする技術が提案されている(非特許文献1)。上記非特許文献1は、半導体コアとしてInAs、半導体シェルとしてGaAs、InP、CdSeを用いて、半導体コア/半導体シェル構造をとることを提案している。 However, since the surface of crystal grains where such effects appear is dominated by tangling bonds (unbonded hands), the crystal grains have a larger band gap than their band gap (referred to below as the energy gap between bands, the same shall apply hereinafter). A technique of capping crystal particle surface defects by covering with a material having a non-patent document (Non-Patent Document 1) has been proposed. Non-Patent Document 1 proposes a semiconductor core / semiconductor shell structure using InAs as a semiconductor core and GaAs, InP, and CdSe as a semiconductor shell.
また、さらにワイドギャップの結晶粒子として窒化物系半導体の微粒子合成の試みがなされている(特許文献1)。
非特許文献1に記載されている種々の半導体シェルで被覆されているInAsコアは、主に近赤外領域での発光波長を有している。したがって励起光源としてGaN系半導体の発光素子により励起されて赤色、緑色、青色の蛍光を示すことができず、これらを混色して白色発光を得ることはできない。また、非特許文献1に記載されている半導体コア/半導体シェル構造の製造方法は一旦半導体コアを製造し、次に半導体コア表面上に半導体シェルを製造する2段階の製造方法を採っている。 The InAs core covered with various semiconductor shells described in Non-Patent Document 1 mainly has an emission wavelength in the near infrared region. Therefore, it cannot be excited by a GaN-based semiconductor light-emitting element as an excitation light source and cannot exhibit red, green, and blue fluorescence, and cannot emit white light by mixing these colors. The manufacturing method of the semiconductor core / semiconductor shell structure described in Non-Patent Document 1 employs a two-stage manufacturing method in which a semiconductor core is manufactured once and then a semiconductor shell is manufactured on the surface of the semiconductor core.
また、特許文献1に記載の窒化物系半導体は、表面修飾されておらず、結晶粒子は表面欠陥により、発光の際の内部量子効率(以下、発光効率という。)が低下する。さらに、結晶粒子は表面修飾されていないため凝集してしまい、結晶粒子界面での欠陥により発光効率が低下する。また、結晶粒子の粒子径制御方法は、反応温度・反応時間にのみ依存している。 In addition, the nitride-based semiconductor described in Patent Document 1 is not surface-modified, and the internal quantum efficiency (hereinafter referred to as light emission efficiency) at the time of light emission is reduced due to surface defects of crystal grains. Further, since the crystal particles are not surface-modified, they aggregate and the luminous efficiency is lowered due to defects at the crystal particle interface. Further, the method for controlling the particle size of crystal particles depends only on the reaction temperature and reaction time.
本発明は、上記状況に鑑み、結晶粒子の表面欠陥をキャッピングすることによって、発光効率が高く信頼性に優れた半導体粒子蛍光体、およびその簡便な製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a semiconductor particle phosphor having high luminous efficiency and excellent reliability by capping surface defects of crystal grains, and a simple manufacturing method thereof.
本発明は、13族元素と窒素原子との結合を含む結晶粒子に、少なくとも窒素原子と炭素原子との結合を含む修飾有機化合物で被覆してなることを特徴とする、半導体粒子蛍光体に関する。また、本発明は、前記結晶粒子の13族元素が、2種以上の元素からなることが望ましい。また、本発明は、前記表面修飾分子の窒素原子は、前記結晶粒子の13族元素に、配位することが望ましい。前記修飾有機化合物がアミンであることが望ましい。また、本発明は、前記結晶粒子の粒径が、励起子ボーア半径の2倍以下であることが望ましい。 The present invention relates to a semiconductor particle phosphor characterized in that crystal particles containing a bond between a group 13 element and a nitrogen atom are coated with a modified organic compound containing at least a bond between a nitrogen atom and a carbon atom. In the present invention, it is desirable that the group 13 element of the crystal grain is composed of two or more elements. In the present invention, the nitrogen atom of the surface modification molecule is preferably coordinated to a group 13 element of the crystal particle. Desirably, the modified organic compound is an amine. In the present invention, it is desirable that the crystal grains have a particle size not more than twice the exciton Bohr radius.
また、本発明は、13族元素と窒素原子との結合を含む結晶粒子に、少なくとも窒素原子と炭素原子との結合を含む修飾有機化合物で被覆してなる半導体粒子蛍光体の製造方法であって、13族元素化合物と、前記修飾有機化合物とを混合した合成溶液を加熱する工程を含むことを特徴とする、半導体粒子蛍光体の製造方法に関する。また、本発明は、前記13族元素は、Inおよび/もしくはGaであることを特徴とする、半導体粒子蛍光体の製造方法であることが望ましい。また、本発明は、前記合成溶液溶媒として、炭化水素系を用いることを特徴とする半導体粒子蛍光体の製造方法であることが望ましい。 The present invention also relates to a method for producing a semiconductor particle phosphor obtained by coating crystal particles containing a bond between a group 13 element and a nitrogen atom with a modified organic compound containing at least a bond between a nitrogen atom and a carbon atom. The manufacturing method of a semiconductor particle fluorescent substance characterized by including the process of heating the synthetic solution which mixed the group 13 element compound and the said modified organic compound. In addition, the present invention is preferably a method for producing a semiconductor particle phosphor, wherein the group 13 element is In and / or Ga. In addition, the present invention is preferably a method for producing a semiconductor particle phosphor, wherein a hydrocarbon system is used as the synthetic solution solvent.
また、本発明は、前記合成溶液を加熱する温度が、180〜500℃であることを特徴とすることが望ましい。また、本発明は、前記合成溶液を加熱する時間が、6〜72時間であることが望ましい。 In the present invention, it is desirable that a temperature for heating the synthetic solution is 180 to 500 ° C. In the present invention, it is desirable that the time for heating the synthesis solution is 6 to 72 hours.
ワイドギャップの半導体粒子蛍光体として、結晶粒子表面を窒素原子と炭素原子を有する修飾有機化合物で被覆することにより、結晶粒子の表面欠陥をキャッピングでき、発光強度および発光効率を向上することが可能である。該修飾有機化合物は、分子中に窒素原子と炭素原子との結合により窒素原子−炭素原子間での電気的極性が生じ、結晶粒子表面に強固に付着することが可能である。 As a wide-gap semiconductor particle phosphor, by covering the crystal particle surface with a modified organic compound containing nitrogen and carbon atoms, it is possible to capping surface defects of the crystal particle, and to improve the emission intensity and emission efficiency. is there. The modified organic compound has an electric polarity between the nitrogen atom and the carbon atom due to the bond between the nitrogen atom and the carbon atom in the molecule, and can be firmly attached to the crystal particle surface.
また、結晶粒子は13族元素の混晶とすることで、発光波長を制御することができ、赤色、緑色、青色発光が可能となり、これらを混色して白色発光を得ることが可能である。 Further, when the crystal particles are made of a mixed crystal of a group 13 element, the emission wavelength can be controlled, and red, green, and blue light can be emitted, and these can be mixed to obtain white light emission.
また、修飾有機化合物に含まれる窒素原子が結晶粒子の13族元素に配位することにより、結晶粒子表面の13族元素の未結合手による欠陥をキャッピングできる。 In addition, since the nitrogen atom contained in the modified organic compound is coordinated to the group 13 element of the crystal grain, defects due to dangling bonds of the group 13 element on the surface of the crystal grain can be capped.
また、アミンは窒素元素と炭素鎖である有機基とを有するため、結晶粒子に窒素原子が配位することにより有機基を半導体粒子蛍光体の外側に向けるため結晶粒子の凝集を防ぐ。 In addition, since the amine has an elemental nitrogen and an organic group that is a carbon chain, the nitrogen atom coordinates to the crystal particle, so that the organic group is directed to the outside of the semiconductor particle phosphor, thereby preventing aggregation of the crystal particle.
また、結晶粒子の粒径がボーア半径の2倍以下であれば、量子サイズ効果が顕著になるので、発光効率が増大する。 Further, if the grain size of the crystal particles is not more than twice the Bohr radius, the quantum size effect becomes significant, and the luminous efficiency increases.
本発明の蛍光体の製造方法によれば、合成溶媒中で反応することにより、気相合成より工程が少なく、かつ液相で半導体粒子蛍光体を1段階で合成することができ、大量合成が可能になる。 According to the method for producing a phosphor of the present invention, by reacting in a synthesis solvent, the number of steps is less than that of gas phase synthesis, and a semiconductor particle phosphor can be synthesized in a single phase in a liquid phase. It becomes possible.
また、13族元素化合物が、Ga−N−In結合を有するため、製造される結晶粒子であるInGaN混晶の組成比の制御が容易である。 In addition, since the group 13 element compound has a Ga—N—In bond, it is easy to control the composition ratio of the InGaN mixed crystal that is a crystal grain to be manufactured.
また、炭化水素系溶媒を用いることにより、合成溶液中に水や空気の混入が少ないため、結晶粒子内に酸素の混入がない。また、合成温度が180〜500℃であるので、気相合成に比べ低温で合成でき、操作が簡便である。また、合成時間が、6〜72時間であることにより、結晶粒子は十分に結晶性が高く、欠陥が少ない。 In addition, by using a hydrocarbon-based solvent, there is little mixing of water and air in the synthesis solution, so there is no mixing of oxygen in the crystal particles. Further, since the synthesis temperature is 180 to 500 ° C., it can be synthesized at a lower temperature than the gas phase synthesis, and the operation is simple. Further, when the synthesis time is 6 to 72 hours, the crystal particles have sufficiently high crystallinity and few defects.
<結晶粒子>
本発明の結晶粒子は、半導体の粒子であり、13族元素(B、Al、Ga、In、Tl)の少なくとも1以上と窒素原子の結合からなる。特に好ましくは、GaN、InN、AlN、InGaN、InAlN、GaAlN、InAlGaNである。
<Crystal particles>
The crystal grain of the present invention is a semiconductor grain, and is composed of a bond between a nitrogen atom and at least one of group 13 elements (B, Al, Ga, In, Tl). Particularly preferred are GaN, InN, AlN, InGaN, InAlN, GaAlN, and InAlGaN.
当該結晶粒子には意図しない不純物を含んでいてもよく、また低濃度であれば、ドーパントとして2族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba)、ZnあるいはSiの少なくともいずれかを意図的に添加していてもよい。濃度範囲は1×1016cm-3から1×1021cm-3の間が特に好ましく、また好ましく用いられるドーパントは、Mg、Zn、Siである。 The crystal particles may contain unintentional impurities. If the concentration is low, at least one of group 2 elements (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), Zn, or Si is intentionally used as a dopant. It may be added. The concentration range is particularly preferably between 1 × 10 16 cm −3 and 1 × 10 21 cm −3 , and preferably used dopants are Mg, Zn, and Si.
当該結晶粒子は、上記の組成のみからなる単一粒子構造であっても、異なる組成の1以上の半導体シェルによって包含された半導体コア/半導体シェル構造であってもよい。 The crystal grains may have a single particle structure composed of only the above composition or a semiconductor core / semiconductor shell structure encompassed by one or more semiconductor shells having different compositions.
当該結晶粒子が、半導体コア/半導体シェル構造であるときは、半導体コアは、最もバンドギャップの小さい組成の半導体、例えばInNとすることが望ましい。また、半導体シェル(半導体シェルが2以上の積層体である場合には、内殻側から第1シェル、第2シェルと呼称)のバンドギャップは、半導体コアよりも大きいことが好ましい。半導体シェルは半導体コアの内殻を全て包含している必要はなく、また被覆厚みに分布があってもよい。 When the crystal grains have a semiconductor core / semiconductor shell structure, the semiconductor core is preferably a semiconductor having a composition with the smallest band gap, such as InN. Moreover, it is preferable that the band gap of the semiconductor shell (when the semiconductor shell is a laminated body of two or more is referred to as the first shell and the second shell from the inner shell side) is larger than that of the semiconductor core. The semiconductor shell does not have to include the entire inner core of the semiconductor core, and the coating thickness may be distributed.
本発明の結晶粒子が半導体コア/半導体シェル構造である場合には、TEM観察を行ない、高倍率での観察像により、格子像を確認することで半導体コアの粒子径および半導体シェルの厚さを確認できる。 When the crystal particles of the present invention have a semiconductor core / semiconductor shell structure, the TEM observation is performed, and the lattice image is confirmed by the observation image at a high magnification to thereby determine the particle diameter of the semiconductor core and the thickness of the semiconductor shell. I can confirm.
本発明の半導体コアの平均粒子径は、X線回析測定の結果スペクトル半値幅より通常5〜6nmと見積もられ、これは励起子ボーア半径の2倍以下の微粒子であり、半導体シェルの厚さは1〜10nmの範囲に調整される。ここで半導体シェルの厚さが1nmより小さいと半導体コアの表面を十分に被覆できず、また量子閉じ込めの効果が弱くなるため、好ましくない。一方10nmより大きいとシェルを均一に作ることが難しくなり欠陥が増え、原材料コストの面においても望ましくない。 The average particle size of the semiconductor core of the present invention is usually estimated to be 5 to 6 nm from the half-value width of the spectrum as a result of X-ray diffraction measurement, and this is a fine particle having an exciton Bohr radius of twice or less, and the thickness of the semiconductor shell. The thickness is adjusted to a range of 1 to 10 nm. Here, if the thickness of the semiconductor shell is smaller than 1 nm, the surface of the semiconductor core cannot be sufficiently covered, and the effect of quantum confinement becomes weak, which is not preferable. On the other hand, when the thickness is larger than 10 nm, it is difficult to make a shell uniformly and defects are increased, which is undesirable in terms of raw material costs.
本発明において、結晶粒子を半導体コア/半導体シェル構造にした場合に、半導体励起光のエネルギーは、外層の半導体シェルによって吸収され、ついで半導体シェルによって周囲を囲まれた半導体コアに遷移する。ここで半導体コアの粒子径は、量子サイズ効果を有する程度に小さいので、半導体コアは離散化した複数のエネルギー準位のみとり得るが、一つの準位になる場合もある。半導体コアに遷移した光エネルギーは、伝導帯の基底準位と価電子帯の基底準位との間で遷移し、そのエネルギーに相当する波長の光が発光する。 In the present invention, when the crystal grains have a semiconductor core / semiconductor shell structure, the energy of the semiconductor excitation light is absorbed by the semiconductor shell of the outer layer and then transitions to the semiconductor core surrounded by the semiconductor shell. Here, since the particle diameter of the semiconductor core is small enough to have a quantum size effect, the semiconductor core can take only a plurality of discretized energy levels, but may have one level. The light energy transitioned to the semiconductor core transitions between the ground level of the conduction band and the ground level of the valence band, and light having a wavelength corresponding to the energy is emitted.
結晶粒子(結晶粒子が半導体コア/半導体シェル構造の時は、半導体コア)のバンドギャップは、1.8〜2.8eVの範囲にあることが好ましく、赤色蛍光体として用いる場合には1.85〜2.5eV、緑色蛍光体として用いる場合には2.3〜2.5eV、青色蛍光体として用いる場合には2.65〜2.8eVの範囲が特に好ましい。なお、13族金属の混晶の割合を調整することで蛍光体の色を決定する。 The band gap of the crystal particles (semiconductor core when the crystal particles are a semiconductor core / semiconductor shell structure) is preferably in the range of 1.8 to 2.8 eV, and 1.85 when used as a red phosphor. The range of ~ 2.5 eV, 2.3 to 2.5 eV when used as a green phosphor, and 2.65 to 2.8 eV when used as a blue phosphor are particularly preferred. The color of the phosphor is determined by adjusting the ratio of the mixed crystal of the group 13 metal.
結晶粒子の粒径は、0.1nm〜10μmの範囲であることが好ましく、0.5nm〜1μmの範囲が特に好ましく、1〜20nmの範囲が更に好ましい。 The particle size of the crystal particles is preferably in the range of 0.1 nm to 10 μm, particularly preferably in the range of 0.5 nm to 1 μm, and further preferably in the range of 1 to 20 nm.
結晶粒子径(結晶粒子が半導体コア/半導体シェル構造の時は、半導体コア径)が励起子ボーア半径の2倍以下では、発光強度が極端に向上する。ボーア半径とは、励起子の存在確率の広がりを示すもので、数式(1)で表される。たとえば、GaNの励起子ボーア半径は3nm程度、InNの励起子ボーア半径は7nm程度である。 When the crystal particle diameter (or the semiconductor core diameter when the crystal particle is a semiconductor core / semiconductor shell structure) is not more than twice the exciton Bohr radius, the emission intensity is extremely improved. The Bohr radius indicates the spread of the existence probability of excitons and is expressed by Equation (1). For example, the exciton Bohr radius of GaN is about 3 nm, and the exciton Bohr radius of InN is about 7 nm.
ここで
y:ボーア半径、
ε:誘電率、
h:プランク定数、
m:有効質量、
e:電荷素量
である。
Where y: Bohr radius,
ε: dielectric constant,
h: Planck's constant,
m: effective mass,
e: Elementary charge.
結晶粒子を蛍光体として用いる場合、粒径が励起子ボーア半径の2倍以下になると量子サイズ効果により光学的バンドギャップが広がるが、その場合でも上述のバンドギャップ範囲にあることが好ましい。
<半導体粒子蛍光体>
以下、本発明による半導体粒子蛍光体の構造を図1に基づき説明する。本発明による半導体粒子蛍光体10は、前記結晶粒子11を前記修飾有機化合物12で被覆して構成される。この被覆には、結晶粒子に修飾有機化合物の窒素原子が配位結合するような化学結合と、物理吸着による結合の双方が寄与すると考えられる。
When crystal particles are used as the phosphor, the optical band gap widens due to the quantum size effect when the particle size is less than or equal to twice the exciton Bohr radius, but even in that case, it is preferably within the above-mentioned band gap range.
<Semiconductor particle phosphor>
Hereinafter, the structure of the semiconductor particle phosphor according to the present invention will be described with reference to FIG. The
ここで修飾有機化合物は、分子中に親水基と疎水基を持つ化合物と定義される。
修飾有機化合物として望ましくは、疎水基としての非極性炭化水素末端と、親水基としてのアミノ基を持つ化合物であるアミンがあげられる。その具体例としては、ブチルアミン、t−ブチルアミン、イソブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ラウリルアミン、オクチルアミン、テトラデシルアミン、トリオクチルアミンなどがある。
Here, the modified organic compound is defined as a compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group in the molecule.
Desirably, the modified organic compound is an amine which is a compound having a nonpolar hydrocarbon terminal as a hydrophobic group and an amino group as a hydrophilic group. Specific examples thereof include butylamine, t-butylamine, isobutylamine, tri-n-butylamine, triisobutylamine, triethylamine, diethylamine, hexylamine, dimethylamine, laurylamine, octylamine, tetradecylamine, and trioctylamine. is there.
修飾有機化合物12はワイドギャップの結晶粒子11を被覆することによって、結晶粒子11表面欠陥がキャッピングされ、発光強度および発光効率を向上する。また、修飾有機化合物12は、窒素原子−炭素原子間での電気的極性が生じ、結晶粒子11表面に強固に付着すると考えられる。
The modified
また、修飾有機化合物12に含まれる窒素原子が結晶粒子11の13族元素に配位することにより、結晶粒子11表面の13族元素の未結合手による欠陥をキャッピングできると考えられる。
<13族元素化合物の製造方法>
本発明において、13族元素化合物は、結晶粒子の前駆体である。以下、分子中にインジウム原子と窒素原子との結合および、ガリウム原子と窒素原子との結合を有する化合物を用いた結晶粒子の前駆体の製造方法を例に以下説明する。下記化学反応式(1)〜(3)により、トリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマー、トリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーおよびヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムを合成することができる。
Further, it is considered that defects due to dangling bonds of the group 13 element on the surface of the
<Method for producing group 13 element compound>
In the present invention, the group 13 element compound is a precursor of crystal particles. Hereinafter, a method for producing a precursor of crystal particles using a compound having a bond of indium atom and nitrogen atom and a bond of gallium atom and nitrogen atom in the molecule will be described as an example. Tris (dimethylamino) indium dimer, tris (dimethylamino) gallium dimer, and hexa (dimethylamino) indium gallium can be synthesized by the following chemical reaction formulas (1) to (3).
リチウムジメチルアミドと三塩化インジウムを、n−ヘキサンの溶媒中で攪拌しながら、反応温度5〜30℃、さらに望ましくは10〜25℃で、反応時間は24〜120時間、さらに好ましくは48〜72時間である。反応終了後、副生成物である塩化リチウムを取り除き、トリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマーを取り出す。この反応を化学式(1)で示す。 While stirring lithium dimethylamide and indium trichloride in a solvent of n-hexane, the reaction temperature is 5 to 30 ° C., more desirably 10 to 25 ° C., and the reaction time is 24 to 120 hours, more preferably 48 to 72. It's time. After completion of the reaction, by-product lithium chloride is removed, and tris (dimethylamino) indium dimer is taken out. This reaction is represented by chemical formula (1).
同様の方法で、リチウムジメチルアミドと三塩化ガリウムを、n−ヘキサン溶媒中で攪拌しながら、トリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーを合成する。この反応を化学式(2)で示す。 In the same manner, tris (dimethylamino) gallium dimer is synthesized while stirring lithium dimethylamide and gallium trichloride in an n-hexane solvent. This reaction is represented by chemical formula (2).
次に上記の方法により合成したトリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマーとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーを、n−ヘキサン溶媒中で攪拌しながら、合成温度5〜30℃、さらに望ましくは10〜25℃で、24〜120時間、さらに好ましくは48〜72時間、反応を行ない、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムを取り出す。この反応を化学式(3)で示す。 Next, while stirring the tris (dimethylamino) indium dimer and tris (dimethylamino) gallium dimer synthesized by the above method in an n-hexane solvent, the synthesis temperature is 5 to 30 ° C., more preferably 10 to 25 ° C. The reaction is carried out for 24 to 120 hours, more preferably 48 to 72 hours, and hexa (dimethylamino) indium gallium is taken out. This reaction is represented by chemical formula (3).
リチウムジメチルアミドと生成物のトリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマー、トリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーおよびヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムは反応性が高いので全て不活性ガス雰囲気中で行なうのが好ましい。
<半導体粒子蛍光体の製造方法>
≪結晶粒子が単一粒子構造である場合≫
ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーとを、結晶粒子の前駆体として任意の比率で0.1〜10質量%、修飾有機化合物を1〜50質量%含むベンゼンの溶液に溶解させ(半導体粒子蛍光体の成長)、十分に攪拌した後、反応を行なう。
Lithium dimethylamide and the product tris (dimethylamino) indium dimer, tris (dimethylamino) gallium dimer and hexa (dimethylamino) indium gallium are all highly reactive and therefore preferably carried out in an inert gas atmosphere.
<Method for producing semiconductor particle phosphor>
≪When crystal grains have a single grain structure≫
A solution of benzene containing hexa (dimethylamino) indium gallium and tris (dimethylamino) gallium dimer as precursors of crystal particles in an arbitrary ratio of 0.1 to 10% by mass and a modified organic compound of 1 to 50% by mass (Semiconductor particle phosphor growth) and after sufficient stirring, the reaction is carried out.
この反応は、不活性ガス雰囲気中で行ない、合成温度180〜500℃、さらに望ましくは280〜400℃で、6〜72時間、さらに好ましくは12〜48時間、攪拌しながら、加熱を行なう。次に、有機不純物を除去するために、n−へキサンと無水メタノールで数回洗浄を行なう。 This reaction is carried out in an inert gas atmosphere, and heating is performed at a synthesis temperature of 180 to 500 ° C., more preferably 280 to 400 ° C., for 6 to 72 hours, and more preferably for 12 to 48 hours. Next, in order to remove organic impurities, washing is performed several times with n-hexane and anhydrous methanol.
また、この反応は、窒化インジウム・ガリウム混晶結晶粒子の形成と、それを修飾有機化合物で被覆して形成される半導体粒子蛍光体の形成が同時に進行する。 In this reaction, the formation of indium nitride / gallium mixed crystal grains and the formation of a semiconductor particle phosphor formed by coating them with a modified organic compound proceed simultaneously.
これにより、修飾有機化合物で被覆された窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子蛍光体を得ることができる。 Thereby, an indium nitride / gallium mixed crystal semiconductor particle phosphor coated with a modified organic compound can be obtained.
また、修飾有機化合物の混合量を減らすことにより、表面修飾力が弱くなり、窒化インジウム・ガリウム混晶結晶粒子を大きくすることができ、逆に修飾有機化合物の混合量を増やすことにより、窒化インジウム・ガリウム混晶結晶粒子を小さくすることができる。 Also, by reducing the amount of the modified organic compound mixed, the surface modifying power becomes weaker and the indium nitride / gallium mixed crystal grains can be enlarged. Conversely, by increasing the amount of the modified organic compound mixed, indium nitride -Gallium mixed crystal grains can be made smaller.
これは、窒素原子と炭素原子との結合を有する修飾有機化合物が、界面活性剤としての働きも有することに由来すると考えられる。つまり、溶媒中での濃度が高くなるにしたがって、修飾有機化合物は凝縮しやすくなり、これに伴って、結晶粒子が製造過程で小さくなるものと考えられる。 This is presumably because the modified organic compound having a bond between a nitrogen atom and a carbon atom also has a function as a surfactant. That is, as the concentration in the solvent increases, the modified organic compound is likely to condense, and with this, the crystal particles are considered to become smaller during the production process.
図2において、本発明の半導体粒子蛍光体の製造方法のフローを示す。前記13族元素化合物を、修飾有機化合物を含む炭化水素系溶媒に溶解し、この混合物を加熱して1段階で反応させ、任意的な冷却回収工程を経て修飾有機化合物で被覆されたの半導体粒子蛍光体を製造する。 In FIG. 2, the flow of the manufacturing method of the semiconductor particle fluorescent substance of this invention is shown. Semiconductor particles in which the group 13 element compound is dissolved in a hydrocarbon solvent containing a modified organic compound, the mixture is heated and reacted in one step, and is coated with the modified organic compound through an optional cooling and recovery step A phosphor is manufactured.
また、本発明において、修飾有機化合物とその原料は、化学物質として同じである。したがって、製造工程で用いる修飾有機化合物としては、疎水基としての非極性炭化水素末端と、親水基としてのアミノ基を持つ化合物であるアミンであることが望ましい。その具体例としてブチルアミン、t−ブチルアミン、イソブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ラウリルアミン、オクチルアミン、テトラデシルアミン、トリオクチルアミンなどがある。 In the present invention, the modified organic compound and its raw material are the same as the chemical substance. Therefore, the modified organic compound used in the production process is desirably an amine which is a compound having a nonpolar hydrocarbon terminal as a hydrophobic group and an amino group as a hydrophilic group. Specific examples thereof include butylamine, t-butylamine, isobutylamine, tri-n-butylamine, triisobutylamine, triethylamine, diethylamine, hexylamine, dimethylamine, laurylamine, octylamine, tetradecylamine, and trioctylamine.
また、本発明においては、炭素原子と水素原子だけからなる化合物溶液を炭化水素系溶媒と呼ぶこととする。炭化水素系溶媒の例としては、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレンなどがある。 In the present invention, a compound solution consisting only of carbon atoms and hydrogen atoms is referred to as a hydrocarbon solvent. Examples of hydrocarbon solvents include n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene and the like. is there.
≪結晶粒子が半導体コア/半導体シェル構造である場合≫
前記方法で製造した、炭化水素系溶媒に溶解している、結晶粒子が単一粒子構造である半導体粒子蛍光体に対して、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーとを、任意の比率であわせて0.1〜10質量%混合する。また、同時に修飾有機化合物を1〜50質量%混合し、十分に攪拌した後、反応を行なう。
≪When crystal grains have a semiconductor core / semiconductor shell structure≫
For the semiconductor particle phosphor dissolved in a hydrocarbon solvent and having a single particle structure, produced by the above method, hexa (dimethylamino) indium gallium and tris (dimethylamino) gallium dimer Are mixed at an arbitrary ratio in an amount of 0.1 to 10% by mass. At the same time, the modified organic compound is mixed in an amount of 1 to 50% by mass, and after sufficient stirring, the reaction is performed.
この反応は、不活性ガス雰囲気中で行ない、合成温度180〜500℃、さらに望ましくは280〜400℃で、6〜72時間、さらに好ましくは12〜48時間、攪拌しながら、加熱を行なう。反応後に、有機不純物を除去するために、n−へキサンと無水メタノールで数回洗浄を行なう。 This reaction is carried out in an inert gas atmosphere, and heating is performed at a synthesis temperature of 180 to 500 ° C., more preferably 280 to 400 ° C., for 6 to 72 hours, and more preferably for 12 to 48 hours. After the reaction, washing with n-hexane and anhydrous methanol is performed several times in order to remove organic impurities.
この反応によって、半導体粒子蛍光体の単一粒子構造である結晶粒子を半導体コアとして、添加したヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーを材料にして、半導体シェルが成長し、半導体コア/半導体シェル構造が形成される。 As a result of this reaction, a semiconductor shell is grown using crystal grains, which are a single particle structure of a semiconductor particle phosphor, as a semiconductor core, and using added hexa (dimethylamino) indium gallium and tris (dimethylamino) gallium dimer as materials. A semiconductor core / semiconductor shell structure is formed.
また、この反応は、窒化インジウム・ガリウム混晶半導体コア/半導体シェル構造結晶粒子の形成と、それを修飾有機化合物で被覆して形成される半導体粒子蛍光体の形成が同時に進行する。 In this reaction, the formation of indium nitride / gallium mixed crystal semiconductor core / semiconductor shell structure crystal particles and the formation of a semiconductor particle phosphor formed by coating them with a modified organic compound proceed simultaneously.
なお、この操作を繰り返すことによって、半導体シェルを何層にもすることが可能である。 By repeating this operation, the number of semiconductor shells can be increased.
これにより、修飾有機化合物で被覆された半導体コア/半導体シェル構造の結晶粒子からなる、窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子蛍光体を得ることができる。 Thereby, an indium nitride / gallium mixed crystal semiconductor particle phosphor composed of crystal particles having a semiconductor core / semiconductor shell structure coated with a modified organic compound can be obtained.
(実施例1)
前記化学式(1)〜(3)により、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムを合成することができる。
Example 1
According to the chemical formulas (1) to (3), hexa (dimethylamino) indium gallium can be synthesized.
なおリチウムジメチルアミドと生成物のトリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマー、トリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーおよびヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムは反応性が高いので全て窒素ガス雰囲気中で行なった。 Lithium dimethylamide and the product tris (dimethylamino) indium dimer, tris (dimethylamino) gallium dimer and hexa (dimethylamino) indium gallium were highly reactive, and all were carried out in a nitrogen gas atmosphere.
まず、グローブボックス内で、リチウムジメチルアミド0.03モルと三塩化インジム0.01モルを秤量し、n−ヘキサン中で攪拌しながら、加熱温度20℃で、50時間反応を行なった。反応終了後、副生成物である塩化リチウムを取り除き、トリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマーを取り出した(化学式(1))。 First, 0.03 mol of lithium dimethylamide and 0.01 mol of indium trichloride were weighed in a glove box, and reacted at a heating temperature of 20 ° C. for 50 hours while stirring in n-hexane. After completion of the reaction, by-product lithium chloride was removed, and tris (dimethylamino) indium dimer was taken out (chemical formula (1)).
同様の方法により、トリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマーを合成した(化学式(2))。さらに、上記の方法により合成したトリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマー0.005モルとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマー0.005モルを秤量し、n−ヘキサン中で攪拌しながら、加熱温度20℃で、50時間反応を行なった。その後、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウムを取り出した(化学式(3))。 By the same method, tris (dimethylamino) gallium dimer was synthesized (chemical formula (2)). Further, 0.005 mol of tris (dimethylamino) indium dimer and 0.005 mol of tris (dimethylamino) gallium dimer synthesized by the above method were weighed and stirred in n-hexane at a heating temperature of 20 ° C. The reaction was carried out for 50 hours. Then, hexa (dimethylamino) indium gallium was taken out (chemical formula (3)).
次に、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウム0.02モルとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマー0.03モルとを、トリオクチルアミン30g、ベンゼン200mlの溶液に溶解させ、十分に攪拌した後、反応を行なった(化学式(4))。 Next, 0.02 mol of hexa (dimethylamino) indium gallium and 0.03 mol of tris (dimethylamino) gallium dimer were dissolved in a solution of 30 g of trioctylamine and 200 ml of benzene, and after stirring sufficiently, the reaction (Chemical formula (4)).
この反応は、窒化インジウム・ガリウム混晶結晶粒子の形成と、それを修飾有機化合物で被覆して形成される半導体粒子蛍光体の形成が同時に進行し、In0.2Ga0.8N/nN(C8H17)3(修飾有機化合物で被覆された半導体粒子半導体構造)を形成した。 In this reaction, formation of indium nitride / gallium nitride mixed crystal particles and formation of a semiconductor particle phosphor formed by coating it with a modified organic compound proceed simultaneously, and In 0.2 Ga 0.8 N / nN (C 8 H 17 ) 3 (semiconductor particle semiconductor structure coated with a modified organic compound) was formed.
この反応は、窒素ガス雰囲気下で行ない、合成温度320℃、合成時間12時間で加熱を行なった。加熱中は、攪拌子を用いて攪拌しつづけた。次に、有機不純物を除去するために、n−ヘキサンと無水メタノールで3回洗浄を行なった。 This reaction was performed in a nitrogen gas atmosphere, and heating was performed at a synthesis temperature of 320 ° C. and a synthesis time of 12 hours. During heating, stirring was continued using a stirring bar. Next, in order to remove organic impurities, washing was performed 3 times with n-hexane and anhydrous methanol.
この実施例で得られた半導体粒子蛍光体は窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子蛍光体であり、この蛍光体において、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源として用いることができ、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収できる。また、In0.2Ga0.8N結晶粒子は、発光波長が460nmとなるようにIn組成比が調整されているため、青色発光を示すことができる。さらに、得られた蛍光体のX線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられた窒化物半導体粒子の平均粒径(直径)は、Scherrerの式(数式(2))を用いると5nmと見積もられ、量子サイズ効果を示し、発光効率は向上した。また、この実施例で得られた蛍光体の収率は95%であった。 The semiconductor particle phosphor obtained in this example is an indium nitride / gallium mixed crystal semiconductor particle phosphor. In this phosphor, a blue light emitting element made of a group 13 nitride can be used as an excitation light source, Emission of 405 nm with high quantum efficiency can be efficiently absorbed. The In 0.2 Ga 0.8 N crystal particles can exhibit blue light emission because the In composition ratio is adjusted so that the emission wavelength is 460 nm. Furthermore, as a result of the X-ray diffraction measurement of the obtained phosphor, the average particle diameter (diameter) of the nitride semiconductor particles estimated from the spectrum half-width is 5 nm when Scherrer's formula (Formula (2)) is used. Estimated and showed quantum size effect and improved luminous efficiency. The yield of the phosphor obtained in this example was 95%.
ここで
B:X線半値幅[deg]、
λ:X線の波長[nm]、
Θ:Bragg角[deg]、
R:粒子径[nm]
を示す。
Where B: X-ray half width [deg],
λ: wavelength of X-ray [nm],
Θ: Bragg angle [deg],
R: Particle diameter [nm]
Indicates.
(実施例2)
修飾有機化合物で被覆された窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子蛍光体を合成する手法であって、修飾有機化合物として、トリオクチルアミン5gを用いること以外は、実施例1と同様の製造方法によって、半導体粒子青色蛍光体を得ることができた。得られた蛍光体は、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収できた。また、結晶粒子は、発光波長が470nmだった。
(Example 2)
A method of synthesizing a phosphor of an indium gallium nitride mixed crystal semiconductor particle coated with a modified organic compound, except that 5 g of trioctylamine is used as the modified organic compound. A semiconductor particle blue phosphor could be obtained. The obtained phosphor was able to efficiently absorb 405 nm light having a particularly high external quantum efficiency. The crystal particles had an emission wavelength of 470 nm.
X線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられた結晶粒子の平均粒径(直径)は、Scherrerの式を用いると50nmと見積もられ、発光ピーク強度は従来の窒化インジウム半導体粒子蛍光体に比べ約5倍に向上した。本実施例の製造方法においては、修飾有機化合物であるトリオクチルアミンの混合量を減らすことにより、表面修飾力が弱くなり、窒化インジウム・ガリウム混晶結晶粒子が大きくなったと考えられる。 As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the crystal particle estimated from the spectrum half-width is estimated to be 50 nm using the Scherrer equation, and the emission peak intensity is the conventional indium nitride semiconductor particle phosphor. Compared to Approx. 5 times. In the production method of this example, it is considered that the surface modification power was weakened and the indium nitride / gallium mixed crystal grains were enlarged by reducing the amount of trioctylamine, which is a modified organic compound.
(実施例3)
修飾有機化合物で被覆された窒化インジウム半導体粒子蛍光体を合成する手法であって、結晶粒子の前駆体である13族元素化合物として、トリス(ジメチルアミノ)インジウムダイマー0.1モルを用いること以外は、実施例1と同様の製造方法によって、半導体粒子赤色蛍光体を得ることができた。得られた蛍光体は、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収できた。また、結晶粒子は、発光波長が620nmだった。
(Example 3)
This is a method for synthesizing a phosphor of an indium nitride semiconductor particle coated with a modified organic compound, except that 0.1 mol of tris (dimethylamino) indium dimer is used as a group 13 element compound which is a precursor of crystal particles. A semiconductor particle red phosphor could be obtained by the same production method as in Example 1. The obtained phosphor was able to efficiently absorb 405 nm light having a particularly high external quantum efficiency. The crystal particles had an emission wavelength of 620 nm.
X線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられた結晶粒子の平均粒径(直径)は、Scherrerの式を用いると5nmと見積もられ、量子サイズ効果を示し、発光ピーク強度は従来の窒化インジウム半導体粒子蛍光体に比べ約20倍に向上した。 As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the crystal particle estimated from the spectrum half-width is estimated to be 5 nm using Scherrer's formula, showing a quantum size effect, and the emission peak intensity is Compared to the indium nitride semiconductor particle phosphor, the improvement was about 20 times.
(実施例4)
修飾有機化合物で被覆された窒化ガリウム半導体粒子蛍光体を合成する手法であって、結晶粒子の前駆体である13族元素化合物として、トリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマー0.1モルを用いること以外は、実施例1と同様の製造方法によって、半導体粒子
蛍光体を得ることができた。
Example 4
This is a technique for synthesizing phosphorescent gallium nitride semiconductor particles coated with a modified organic compound, except that 0.1 mol of tris (dimethylamino) gallium dimer is used as a group 13 element compound which is a precursor of crystal particles. The semiconductor particle phosphor could be obtained by the same manufacturing method as in Example 1.
X線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられた結晶粒子の平均粒径(直径)は、Scherrerの式を用いると5nmと見積もられ、量子サイズ効果を示し、発光ピーク強度は従来の窒化ガリウム半導体粒子蛍光体に比べ約20倍向上した。 As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the crystal particle estimated from the spectrum half-width is estimated to be 5 nm using Scherrer's formula, showing a quantum size effect, and the emission peak intensity is Compared to the gallium nitride semiconductor particle phosphor, the improvement was about 20 times.
(実施例5)
修飾有機化合物で被覆された窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子緑色蛍光体(In0.3Ga0.7N/nN(C8H17)3)を合成する手法であって、結晶粒子の前駆体である13族元素化合物として、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウム0.03モルとトリス(ジメチルアミノ)ガリウムダイマー0.02モルを用いること以外は、実施例1と同様の製造方法によって、半導体粒子緑色蛍光体(In0.3Ga0.7N/nN(C8H17)3)を得ることができた。得られた蛍光体は、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収できた。また、InN結晶粒子は、発光波長が530nmだった。
(Example 5)
13 is a technique for synthesizing a green phosphor (In 0.3 Ga 0.7 N / nN (C 8 H 17 ) 3 ) of indium nitride-gallium mixed crystal semiconductor particles coated with a modified organic compound. Semiconductor particle green phosphor by the same production method as in Example 1 except that 0.03 mol of hexa (dimethylamino) indium gallium and 0.02 mol of tris (dimethylamino) gallium dimer are used as the group element compound (In 0.3 Ga 0.7 N / nN (C 8 H 17 ) 3 ) could be obtained. The obtained phosphor was able to efficiently absorb 405 nm light having a particularly high external quantum efficiency. The InN crystal particle had an emission wavelength of 530 nm.
X線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられた結晶粒子の平均粒径(直径)は、Scherrerの式を用いると5nmと見積もられ、量子サイズ効果を示し、発光ピーク強度は従来の窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子蛍光体に比べ約20倍向上した。 As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the crystal particle estimated from the spectrum half-width is estimated to be 5 nm using Scherrer's formula, showing a quantum size effect, and the emission peak intensity is Compared to the indium nitride-gallium nitride mixed crystal semiconductor particle phosphor, it was improved about 20 times.
(実施例6)
修飾有機化合物に被覆された窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子赤色蛍光体(In0.5Ga0.5N/nN(C8H17)3)を合成する手法であって、結晶粒子の前駆体である13族元素化合物として、ヘキサ(ジメチルアミノ)インジウム・ガリウム0.1モルを用いること以外は、実施例1と同様の製造方法によって、半導体粒子赤色蛍光体(In0.5Ga0.5N/nN(C8H17)3)を得ることができた。得られた蛍光体は、特に外部量子効率の高い405nmの発光を効率よく吸収できた。また、結晶粒子は、発光波長が620nmだった。
(Example 6)
13 is a technique for synthesizing a red phosphor (In 0.5 Ga 0.5 N / nN (C 8 H 17 ) 3 ) coated with a modified organic compound, which is a precursor of crystal particles. A semiconductor particle red phosphor (In 0.5 Ga 0.5 N / nN (C 8 H) was produced by the same production method as in Example 1 except that 0.1 mol of hexa (dimethylamino) indium gallium was used as the group element compound. 17 ) We were able to get 3 ). The obtained phosphor was able to efficiently absorb 405 nm light having a particularly high external quantum efficiency. The crystal particles had an emission wavelength of 620 nm.
X線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられた結晶粒子の平均粒径(直径)は、Scherrerの式を用いると5nmと見積もられ、量子サイズ効果を示し、発光ピーク強度は従来の窒化インジウム・ガリウム混晶半導体粒子蛍光体に比べ約20倍向上した。 As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the crystal particle estimated from the spectrum half-width is estimated to be 5 nm using Scherrer's formula, showing a quantum size effect, and the emission peak intensity is Compared to the indium nitride-gallium nitride mixed crystal semiconductor particle phosphor, it was improved about 20 times.
(比較例1)
三塩化ガリウム(GaCl3)0.007モル、三塩化インジウム(InCl3)0.003モル、ノナメチルトリシラザン(N(Si(CH3)3)3)0.01モルを、トリオクチルホスフィン((C8H17)3P)30mlに混合した。合成温度260℃で、3時間反応を行ない、半導体コアの合成を行なった。この反応溶液を、室温にまで冷却し半導体コアのトリオクチルホスフィン溶液とした。
(Comparative Example 1)
Trioctylphosphine (0.007 mol of gallium trichloride (GaCl 3 ), 0.003 mol of indium trichloride (InCl 3 ), 0.01 mol of nonamethyltrisilazane (N (Si (CH 3 ) 3 ) 3 ) ( (C 8 H 17 ) 3 P) was mixed with 30 ml. Reaction was performed at a synthesis temperature of 260 ° C. for 3 hours to synthesize a semiconductor core. The reaction solution was cooled to room temperature to obtain a semiconductor core trioctylphosphine solution.
次に、前記半導体コアのトリオクチルホスフィン溶液と、三塩化ガリウム(GaCl3)0.009モルと三塩化インジウム(InCl3)0.001モル、ノナメチルトリシラザン(N(Si(CH3)3)3)0.01モルをトリオクチルホスフィン30mlに混合し、合成温度330℃で、24時間反応を行ない、半導体コア/半導体シェル2層構造の蛍光体の合成を行なった。 Next, a trioctylphosphine solution of the semiconductor core, 0.009 mol of gallium trichloride (GaCl 3 ), 0.001 mol of indium trichloride (InCl 3 ), nonamethyltrisilazane (N (Si (CH 3 ) 3 ) 3 ) 0.01 mol was mixed with 30 ml of trioctylphosphine and reacted at a synthesis temperature of 330 ° C. for 24 hours to synthesize a phosphor having a semiconductor core / semiconductor shell two-layer structure.
図4に、比較例1の製造手法のフロー図を示す。まず、半導体コアの原料を加熱し、冷却することで、半導体コアを製造する。そして、その半導体コアを包摂する半導体シェルの原料と混合し、再び加熱し冷却することで半導体コア/半導体シェル2層構造の半導体粒子蛍光体を得る。 In FIG. 4, the flowchart of the manufacturing method of the comparative example 1 is shown. First, the semiconductor core is manufactured by heating and cooling the raw material of the semiconductor core. And it mixes with the raw material of the semiconductor shell which includes the semiconductor core, is heated again, and is cooled, and the semiconductor particle fluorescent substance of a semiconductor core / semiconductor shell two-layer structure is obtained.
この比較例1で得られた蛍光体は、未結合手による欠陥をキャッピングする目的で2層構造を有する。この比較例は、2段階の昇温合成過程を有する。また、結晶粒子の前駆体に、13族元素と窒素原子との結合を有しないため、13族窒化物からなる青色発光素子を励起光源とし、所望の発光波長を実現するための精密な13族元素の混晶組成制御が困難である。また、結晶粒子の粒径制御は、反応温度と反応時間にのみ依存するので、粒子径の制御が困難である。得られた蛍光体のX線回折測定の結果、スペクトル半値幅より見積もられたコアの平均粒径(直径)は、Scherrerの式を用いると30nmと見積もられ、量子サイズ効果を示さない。また、この比較例で得られた蛍光体の収率は、50%であった。合成段階が2段階であるため、1段階で合成を行なう本発明における蛍光体より、収率は低い。 The phosphor obtained in Comparative Example 1 has a two-layer structure for the purpose of capping defects due to dangling bonds. This comparative example has a two-step temperature rising synthesis process. In addition, since the crystal particle precursor does not have a bond between a group 13 element and a nitrogen atom, a blue light emitting element made of a group 13 nitride is used as an excitation light source, and a precise group 13 for realizing a desired emission wavelength is obtained. It is difficult to control the mixed crystal composition of elements. Moreover, since the particle size control of the crystal particles depends only on the reaction temperature and the reaction time, it is difficult to control the particle size. As a result of the X-ray diffraction measurement of the obtained phosphor, the average particle diameter (diameter) of the core estimated from the spectrum half-width is estimated to be 30 nm using the Scherrer equation, and does not show the quantum size effect. Moreover, the yield of the phosphor obtained in this comparative example was 50%. Since the synthesis step is two steps, the yield is lower than the phosphor in the present invention in which the synthesis is performed in one step.
図3は、半導体粒子蛍光体の発光特性を示す発光強度−半導体粒子径特性を示す図である。図中(a)は、この実施例1の半導体粒子蛍光体の発光強度であり、図中(b)は、比較例1の半導体粒子蛍光体の発光強度を示す。 FIG. 3 is a diagram showing a light emission intensity-semiconductor particle diameter characteristic indicating a light emission characteristic of a semiconductor particle phosphor. In the figure, (a) shows the emission intensity of the semiconductor particle phosphor of Example 1, and (b) shows the emission intensity of the semiconductor particle phosphor of Comparative Example 1.
図中(c)は、発光強度−半導体粒子径の関係を示す曲線であり、結晶粒子径が励起子ボーア半径の2倍以下では、発光強度が極端に向上していることが分かる。 In the figure, (c) is a curve showing the relationship between the emission intensity and the semiconductor particle diameter, and it can be seen that the emission intensity is extremely improved when the crystal particle diameter is not more than twice the exciton Bohr radius.
図3からもわかるとおり、実施例1による半導体粒子蛍光体は、比較例1よりも励起子ボーア半径が小さく、蛍光の効率も高いことが分かった。 As can be seen from FIG. 3, the semiconductor particle phosphor according to Example 1 has a smaller exciton Bohr radius and higher fluorescence efficiency than Comparative Example 1.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、発光効率、分散性、媒体親和性に優れた機能を有する半導体粒子蛍光体、おびその収率の高い製造方法を提供するものである。 The present invention provides a semiconductor particle phosphor having a function excellent in luminous efficiency, dispersibility, and medium affinity, and a production method having a high yield.
10 半導体粒子蛍光体、11 結晶粒子、12 修飾有機化合物。 10 Semiconductor particle phosphor, 11 crystal particle, 12 modified organic compound.
Claims (5)
13族元素化合物と、前記修飾有機化合物と、炭素原子と水素原子だけからなる炭化水素系溶媒とを混合した合成溶液を加熱する工程を含むことを特徴とする、半導体粒子蛍光体の製造方法。 A crystal particle including a bond between a group 13 element and a nitrogen atom is coated with a modified organic compound including at least a bond between a nitrogen atom and a carbon atom, and the nitrogen atom of the modified organic compound is a group 13 of the crystal particle. A method for producing a semiconductor particle phosphor that coordinates to an element, comprising:
A method for producing a semiconductor particle phosphor, comprising a step of heating a synthetic solution in which a group 13 element compound, the modified organic compound, and a hydrocarbon solvent composed of only carbon atoms and hydrogen atoms are mixed.
、m−キシレンおよびp−キシレンよりなる群から選ばれる少なくとも一種以上である、請求項1に記載の半導体粒子蛍光体の製造方法。 The hydrocarbon solvent is selected from the group consisting of n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene and p-xylene. at least at one or more, the method of manufacturing a semiconductor particle phosphor according to claim 1 which is selected.
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