JP7005470B2 - Semiconductor nanoparticles, their manufacturing methods and light emitting devices - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 (1)第48回中部化学関係学協会支部連合秋季大会講演予稿集、平成29年11月11日、山内弘樹 et al. (2)https://confit.atlas.jp/guide/event/ecsj2018s/proceedings/list ,平成30年2月23日、山内弘樹et al.Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) Proceedings of the 48th Chubu Chemistry Association Branch Union Autumn Meeting, November 11, 2017, Hiroki Yamauchi et al. (2) https: // confit. atlas. jp / guide / event / ecsj2018s / proceedings / list, February 23, 2018, Hiroki Yamauchi et al.

本発明は、半導体ナノ粒子、その製造方法及び発光デバイスに関する。 The present invention relates to semiconductor nanoparticles, a method for producing the same, and a light emitting device.

半導体粒子はその粒径が例えば10nm以下になると、量子サイズ効果を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(半導体量子ドットとも呼ばれる)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、ナノ粒子では離散的となり、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。 It is known that semiconductor particles exhibit a quantum size effect when the particle size is, for example, 10 nm or less, and such nanoparticles are called quantum dots (also referred to as semiconductor quantum dots). The quantum size effect refers to a phenomenon in which the bands of the valence band and the conduction band, which are considered to be continuous in bulk particles, become discrete in nanoparticles, and the band gap energy changes according to the particle size.

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に波長変換可能であるため、量子ドットの発光を利用した白色発光デバイスが提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。具体的には、発光ダイオード(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、量子ドットからの発光とLEDチップからの発光との混合色と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及びCdTe等の第12族-第16族、PbS及びPbSe等の第14族-第16族の二元系の量子ドットを使用することが提案されている。また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ずにバンド端発光が可能な半導体ナノ粒子が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。 Since the quantum dots can absorb light and convert the wavelength into light corresponding to the bandgap energy, a white light emitting device utilizing the light emission of the quantum dots has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). ). Specifically, it is proposed that a part of the light emitted from the light emitting diode (LED) chip is absorbed by the quantum dots to obtain white light as a mixed color of the light emitted from the quantum dots and the light emitted from the LED chip. Has been done. In these patent documents, it is proposed to use the quantum dots of the 12th group-16th group such as CdSe and CdTe, and the 14th-16th group such as PbS and PbSe. Further, in consideration of the toxicity of compounds containing Cd and Pb, semiconductor nanoparticles capable of band-end emission without containing these elements have been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).

特開2012-212862号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-21286 特開2010-177656号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-177656 特開2017-014476号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-014476 特開2018-039971号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-039971

本発明の一態様は、低毒性の組成とすることができ、バンド端発光が可能な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。 One aspect of the present invention is to provide semiconductor nanoparticles having a low toxicity composition and capable of band-end emission, and a method for producing the same.

第一態様は、Ag塩と、In及びGaの少なくとも一方を含む塩と、Se供給源と、有機溶剤とを含む混合物を、200℃を超えて370℃以下の範囲にある温度にて熱処理して、半導体ナノ粒子を得ることを含む半導体ナノ粒子の製造方法である。半導体ナノ粒子の製造方法では、混合物におけるAg、In及びGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.43を超えて、2.5以下である。 In the first aspect, a mixture containing an Ag salt, a salt containing at least one of In and Ga, a Se source, and an organic solvent is heat-treated at a temperature in the range of more than 200 ° C. and 370 ° C. or less. This is a method for manufacturing semiconductor nanoparticles, which comprises obtaining semiconductor nanoparticles. In the method for producing semiconductor nanoparticles, the ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of Ag, In and Ga in the mixture exceeds 0.43 and is 2.5 or less.

第二態様は、Agと、In及びGaの少なくとも一方と、Seとを含み、組成中のAgの含有率が10モル%以上30モル%以下、In及びGaの少なくとも一方の含有率が15モル%以上35モル%以下、Seの含有率が35モル%以上55モル%以下であり、350nm以上500nm未満の範囲内にある波長の光の照射により、500nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルにおける半値幅が250meV以下である光を発する半導体ナノ粒子である。 The second embodiment contains Ag, at least one of In and Ga, and Se, and the content of Ag in the composition is 10 mol% or more and 30 mol% or less, and the content of at least one of In and Ga is 15 mol. % Or more and 35 mol% or less, Se content is 35 mol% or more and 55 mol% or less, and the emission peak wavelength is within the range of 500 nm or more and 900 nm or less by irradiation with light having a wavelength within the range of 350 nm or more and less than 500 nm. It is a semiconductor nanoparticle that emits light having a half-value width of 250 meV or less in the emission spectrum.

第三態様は、前記半導体ナノ粒子を含む光変換部材及び半導体発光素子を備える発光デバイスである。 The third aspect is a light emitting device including a light conversion member containing the semiconductor nanoparticles and a semiconductor light emitting device.

本発明の一態様によれば、低毒性の組成とすることができ、バンド端発光が可能な半導体ナノ粒子及びその製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide semiconductor nanoparticles having a low toxicity composition and capable of band-end emission, and a method for producing the same.

半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトル及び吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum and absorption spectrum of the semiconductor nanoparticles. 半導体ナノ粒子のX線回折パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the X-ray diffraction pattern of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子のX線回折パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the X-ray diffraction pattern of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子のX線回折パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the X-ray diffraction pattern of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の吸収スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the absorption spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle. 半導体ナノ粒子の発光スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the emission spectrum of a semiconductor nanoparticle.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、半導体ナノ粒子及びその製造方法を例示するものであって、本発明は、以下に示す半導体ナノ粒子及びその製造方法に限定されない。 In the present specification, the term "process" is included in this term not only as an independent process but also as long as the intended purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes. .. Further, the content of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition when a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, unless otherwise specified. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the embodiments shown below exemplify semiconductor nanoparticles and a method for producing the same, in order to embody the technical idea of the present invention, and the present invention describes the semiconductor nanoparticles and the method for producing the same. Not limited to.

半導体ナノ粒子
半導体ナノ粒子は銀(Ag)と、インジウム(In)及びガリウム(Ga)の少なくとも一方と、セレン(Se)とを含み、組成中のAgの含有率が10モル%以上30モル%以下、In及びGaの少なくとも一方の含有率が15モル%以上35モル%以下、Seの含有率が35モル%以上55モル%以下であり、350nm以上500nm未満の範囲内にある波長の光の照射により、500nm以上900nm以下、又は600nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルにおける半値幅が250meV以下である光を発する。
Semiconductor Nanoparticles Semiconductor nanoparticles contain silver (Ag), at least one of indium (In) and gallium (Ga), and selenium (Se), and the content of Ag in the composition is 10 mol% or more and 30 mol%. Hereinafter, the content of at least one of In and Ga is 15 mol% or more and 35 mol% or less, the content of Se is 35 mol% or more and 55 mol% or less, and the wavelength of light in the range of 350 nm or more and less than 500 nm. Irradiation emits light having an emission peak wavelength in the range of 500 nm or more and 900 nm or less, or 600 nm or more and 900 nm or less, and having a half-value width of 250 meV or less in the emission spectrum.

組成にAgと、In及びGaの少なくとも一方と、Seとを含む半導体ナノ粒子は、一般的にはAg(In,Ga)Seで表される組成を有するとされている。Ag(In,Ga)Seで表される組成を有する半導体ナノ粒子を得るには、Ag源、In源、Ga源及びSe源の仕込み比を、化学量論組成に対応するように選択して合成することが一般的である。本発明者は、Agと、In及びGaの少なくとも一方と、Seとからなる半導体ナノ粒子又はこれらの元素を含む半導体ナノ粒子において、これらの元素が化学量論組成から外れた組成をとる場合にバンド端発光が得られる可能性を検討した。その結果、各元素源の仕込み比をIn及びGaの原子数の和に対するAgの原子数の比を、0.43を越えて2.5以下となるように選択して半導体ナノ粒子を合成すると、非化学量論組成ではあるが、バンド端発光可能な半導体ナノ粒子が得られることを見出した。 Semiconductor nanoparticles containing Ag, at least one of In and Ga, and Se in the composition are generally said to have a composition represented by Ag (In, Ga) Se 2 . In order to obtain semiconductor nanoparticles having a composition represented by Ag (In, Ga) Se 2 , the charging ratios of Ag source, In source, Ga source and Se source are selected so as to correspond to the stoichiometric composition. It is common to synthesize them. The present inventor considers a semiconductor nanoparticles composed of Ag, at least one of In and Ga, and Se, or semiconductor nanoparticles containing these elements, in the case where these elements have a composition deviating from the chemical quantitative composition. We investigated the possibility of obtaining band-end emission. As a result, when the charging ratio of each element source is selected so that the ratio of the number of atoms of Ag to the sum of the number of atoms of In and Ga is more than 0.43 and 2.5 or less, the semiconductor nanoparticles are synthesized. Although it has a non-chemical quantitative composition, it has been found that semiconductor nanoparticles capable of emitting light at the band edge can be obtained.

組成にAgと、In及びGaの少なくとも一方と、Seとを含む半導体ナノ粒子は、その形状及び寸法に起因して、バンド端発光を与えるものである。また、半導体ナノ粒子は、毒性が高いとされているCd及び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。 Semiconductor nanoparticles containing Ag, at least one of In and Ga, and Se in the composition give band-end emission due to their shape and dimensions. Further, the semiconductor nanoparticles can have a composition that does not contain Cd and Pb, which are considered to be highly toxic, and can be applied to products and the like for which the use of Cd and the like is prohibited. Therefore, the semiconductor nanoparticles can be suitably used as a wavelength conversion substance for a light emitting device used in a liquid crystal display device and as a biomolecular marker.

半導体ナノ粒子の組成におけるAgの含有率は、例えば、10モル%以上30モル%以下であり、好ましくは、15モル%以上25モル%以下である。In及びGaの総含有率は、例えば、15モル%以上35モル%以下であり、好ましくは、20モル%以上30モル%以下である。Seの含有率は、例えば、35モル%以上55モル%以下であり、好ましくは、40モル%以上55モル%以下である。 The content of Ag in the composition of the semiconductor nanoparticles is, for example, 10 mol% or more and 30 mol% or less, preferably 15 mol% or more and 25 mol% or less. The total content of In and Ga is, for example, 15 mol% or more and 35 mol% or less, preferably 20 mol% or more and 30 mol% or less. The content of Se is, for example, 35 mol% or more and 55 mol% or less, preferably 40 mol% or more and 55 mol% or less.

半導体ナノ粒子の組成におけるInとGaの原子数の和に対するInの原子数の比(In/(In+Ga))は、例えば、0.01以上1.0以下であり、好ましくは0.1以上0.99以下である。また、InとGaの原子数の和に対するAgの原子数の比(Ag/(In+Ga))は、例えば、0.3以上1.2以下であり、好ましくは0.5以上1.1以下である。Ag、In及びGaの原子数の和に対するSeの原子数の比(Se/(Ag+In+Ga))は、例えば、0.8以上1.5以下であり、好ましくは0.9以上1.2以下である。 The ratio of the number of atoms of In to the sum of the number of atoms of In and Ga in the composition of the semiconductor nanoparticles (In / (In + Ga)) is, for example, 0.01 or more and 1.0 or less, preferably 0.1 or more and 0 or more. It is .99 or less. The ratio of the number of atoms of Ag to the sum of the numbers of atoms of In and Ga (Ag / (In + Ga)) is, for example, 0.3 or more and 1.2 or less, preferably 0.5 or more and 1.1 or less. be. The ratio of the number of atoms of Se to the sum of the numbers of atoms of Ag, In and Ga (Se / (Ag + In + Ga)) is, for example, 0.8 or more and 1.5 or less, preferably 0.9 or more and 1.2 or less. be.

半導体ナノ粒子は、例えば、以下の式(1)で表される組成を有する。
AgInGa(1-y)Se(x+3)/2 (1)
ここで、x及びyは、0.20<x≦1.2、0<y≦1.0を満たす。
The semiconductor nanoparticles have, for example, a composition represented by the following formula (1).
Ag x In y Ga (1-y) Se (x + 3) / 2 (1)
Here, x and y satisfy 0.20 <x ≦ 1.2 and 0 <y ≦ 1.0.

半導体ナノ粒子は、その組成にアルカリ金属の少なくとも1種を更に含んでいてもよい。アルカリ金属には、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)等が含まれる。アルカリ金属は、Agと同じく1価の陽イオンとなり得るため、半導体ナノ粒子の組成におけるAgの一部を置換することができる。特にLiはAgとイオン半径が同程度であり、好ましく用いられる。半導体ナノ粒子の組成において、Agの一部が置換されることで、例えば、バンドギャップが広がって発光ピーク波長が短波長にシフトする。また、詳細は不明であるが、半導体ナノ粒子の格子欠陥が低減されて発光量子収率が向上すると考えられる。アルカリ金属を含む場合、350nm以上500nm未満の範囲内にある波長の光の照射により、500nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルにおける半値幅が250meV以下である光を発する。 The semiconductor nanoparticles may further contain at least one alkali metal in their composition. The alkali metal includes lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs) and the like. Since the alkali metal can be a monovalent cation like Ag, it can replace a part of Ag in the composition of the semiconductor nanoparticles. In particular, Li has an ionic radius similar to that of Ag and is preferably used. By substituting a part of Ag in the composition of the semiconductor nanoparticles, for example, the band gap is widened and the emission peak wavelength is shifted to a short wavelength. Further, although the details are unknown, it is considered that the lattice defects of the semiconductor nanoparticles are reduced and the emission quantum yield is improved. When it contains an alkali metal, it emits light having an emission peak wavelength in the range of 500 nm or more and 900 nm or less and having a half width of 250 meV or less in the emission spectrum by irradiation with light having a wavelength in the range of 350 nm or more and less than 500 nm. ..

半導体ナノ粒子が組成にアルカリ金属(以下、Mと略記することがある)を含む場合、半導体ナノ粒子の組成におけるアルカリ金属の含有率は、例えば、0モル%より大きく30モル%未満であり、好ましくは、1モル%以上25モル%以下である。また、半導体ナノ粒子の組成におけるアルカリ金属(M)の原子数及びAgの原子数の合計に対するアルカリ金属(M)の原子数の比(M/(M+Ag))は、例えば、1未満であり、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.2以下である。またその比は、例えば、0より大きく、好ましくは0.05以上、より好ましくは、0.1以上である。また、半導体ナノ粒子の組成におけるAgとアルカリ金属(M)の総含有率は、例えば、10モル%以上30モル%以下である。 When the semiconductor nanoparticles contain an alkali metal (hereinafter, may be abbreviated as Ma) in the composition, the content of the alkali metal in the composition of the semiconductor nanoparticles is, for example, greater than 0 mol% and less than 30 mol%. It is preferably 1 mol% or more and 25 mol% or less. Further, the ratio of the number of atoms of the alkali metal ( Ma ) to the total number of atoms of the alkali metal ( Ma ) and the total number of atoms of Ag in the composition of the semiconductor nanoparticles ( Ma / ( Ma + Ag)) is, for example,. It is less than 1, preferably 0.8 or less, and more preferably 0.2 or less. The ratio is, for example, greater than 0, preferably 0.05 or more, and more preferably 0.1 or more. The total content of Ag and alkali metal ( Ma ) in the composition of the semiconductor nanoparticles is, for example, 10 mol% or more and 30 mol% or less.

組成にアルカリ金属を更に含む半導体ナノ粒子は、例えば、以下の式(2)で表される組成を有する。
(Ag (1-p)InGa(1-r)Se(q+3)/2 (2)
ここで、p、q及びrは、0<p<1.0、0.20<q≦1.2、0<r≦1.0を満たす。Mはアルカリ金属を示す。
The semiconductor nanoparticles further containing an alkali metal in the composition have, for example, a composition represented by the following formula (2).
(Ag p Ma (1-p) ) q In r Ga (1-r) Se (q + 3) / 2 (2)
Here, p, q and r satisfy 0 <p <1.0, 0.20 <q ≦ 1.2, 0 <r ≦ 1.0. Ma represents an alkali metal.

半導体ナノ粒子は、その組成にイオウ(S)を含んでいていてもよい。イオウ(S)は、例えば、半導体ナノ粒子の組成におけるセレン(Se)の一部を置換して含有される。半導体ナノ粒子の組成におけるSの含有率は、例えば、0モル%より大きく50モル%未満であり、好ましくは1モル%以上45モル%以下、より好ましくは15モル%以上42モル%以下である。また、半導体ナノ粒子の組成におけるイオウ(S)とセレン(Se)の総含有率は、例えば、35モル%以上55モル%以下であり、好ましくは、40モル%以上55モル%以下である。更に、半導体ナノ粒子の組成におけるイオウ(S)の原子数及びセレン(Se)の原子数の合計に対するイオウ(S)の原子数の比(S/(S+Se))は、例えば、1未満であり、好ましくは0.95以下、より好ましくは0.9以下、更に好ましくは0.85以下、更に好ましくは0.8以下、更に好ましくは0.7以下である。またその比は、例えば、0より大きく、好ましくは0.1以上である。イオウを含む場合、350nm以上500nm未満の範囲内にある波長の光の照射により、500nm以上900nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、発光スペクトルにおける半値幅が250meV以下である光を発する。 The semiconductor nanoparticles may contain sulfur (S) in their composition. Sulfur (S) is contained, for example, by substituting a part of selenium (Se) in the composition of semiconductor nanoparticles. The content of S in the composition of the semiconductor nanoparticles is, for example, greater than 0 mol% and less than 50 mol%, preferably 1 mol% or more and 45 mol% or less, and more preferably 15 mol% or more and 42 mol% or less. .. The total content of sulfur (S) and selenium (Se) in the composition of the semiconductor nanoparticles is, for example, 35 mol% or more and 55 mol% or less, preferably 40 mol% or more and 55 mol% or less. Further, the ratio of the number of atoms of sulfur (S) to the total number of atoms of sulfur (S) and the number of atoms of selenium (Se) in the composition of the semiconductor nanoparticles (S / (S + Se)) is, for example, less than 1. It is preferably 0.95 or less, more preferably 0.9 or less, still more preferably 0.85 or less, still more preferably 0.8 or less, still more preferably 0.7 or less. The ratio is, for example, greater than 0, preferably 0.1 or more. When sulfur is contained, irradiation with light having a wavelength in the range of 350 nm or more and less than 500 nm emits light having an emission peak wavelength in the range of 500 nm or more and 900 nm or less and having a half width of 250 meV or less in the emission spectrum.

組成にイオウ(S)を更に含む半導体ナノ粒子は、例えば、以下の式(3a)又は(3b)で表される組成を有する。
(Ag (1-p)InGa(1-r)(Se(1-s)+S(q+3)/2 (3a)
ここで、p、q、r及びsは、0<p≦1.0、0.20<q≦1.2、0<r≦1.0、0<s<1.0を満たす。ここでMはアルカリ金属を示す。
AgInGa(1-r)(Se(1-s)+S(q+3)/2 (3b)
ここで、q、r及びsは、0.20<q≦1.2、0<r≦1.0、0<s<1.0を満たす。
The semiconductor nanoparticles further containing sulfur (S) in the composition have, for example, a composition represented by the following formula (3a) or (3b).
(Ag p Ma (1-p) ) q In r Ga (1-r) (Se (1-s) + S s ) (q + 3) / 2 (3a)
Here, p, q, r and s satisfy 0 <p ≦ 1.0, 0.20 <q ≦ 1.2, 0 <r ≦ 1.0, 0 <s <1.0. Here, Ma represents an alkali metal.
Ag q In r Ga (1-r) (Se (1-s) + S s ) (q + 3) / 2 (3b)
Here, q, r and s satisfy 0.20 <q ≦ 1.2, 0 <r ≦ 1.0, 0 <s <1.0.

半導体ナノ粒子の組成は、例えば、エネルギー分散型X線分析法(EDX)、蛍光X線分析法(XRF)、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法等によって同定される。Ag/(In+Ga)、Se/(Ag+In+Ga)等はこれらの方法のいずれかで同定される組成に基づいて算出される。 The composition of semiconductor nanoparticles is identified by, for example, energy dispersive X-ray analysis (EDX), X-ray fluorescence spectrometry (XRF), inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy, and the like. Ag / (In + Ga), Se / (Ag + In + Ga) and the like are calculated based on the composition identified by any of these methods.

半導体ナノ粒子の組成において、Agはその一部が置換されてCu及びAuの少なくとも一方の元素を含んでいてもよいが、実質的にAgから構成されることが好ましい。ここで「実質的に」とは、Agに対するAg以外の元素の割合が、例えば、10モル%以下であり、好ましくは5モル%以下、より好ましくは1モル%以下であることを意味する。 In the composition of the semiconductor nanoparticles, Ag may be partially substituted and contain at least one element of Cu and Au, but it is preferably composed substantially of Ag. Here, "substantially" means that the ratio of the element other than Ag to Ag is, for example, 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, and more preferably 1 mol% or less.

半導体ナノ粒子の組成において、In及びGaの少なくとも一方は、その一部が置換されてAl及びTlの少なくとも一方の元素を含んでいてもよいが、実質的にIn及びGaの少なくとも一方から構成されることが好ましい。ここで「実質的に」とは、In及びGaに対するIn又はGa以外の元素の割合が、例えば、10モル%以下であり、好ましくは5モル%以下、より好ましくは1モル%以下であることを意味する。 In the composition of the semiconductor nanoparticles, at least one of In and Ga may be partially substituted with at least one element of Al and Tl, but is substantially composed of at least one of In and Ga. Is preferable. Here, "substantially" means that the ratio of elements other than In or Ga to In and Ga is, for example, 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, and more preferably 1 mol% or less. Means.

半導体ナノ粒子の組成において、Seはその一部が置換されてS及びTeの少なくとも一方の元素を含んでいてもよく、実質的にSeから構成されていてもよい。ここで「実質的に」とは、Seに対するSe以外の元素の割合が、例えば、10モル%以下であり、好ましくは5モル%以下、より好ましくは1モル%以下であることを意味する。 In the composition of the semiconductor nanoparticles, Se may be partially substituted and contain at least one element of S and Te, or may be substantially composed of Se. Here, "substantially" means that the ratio of the element other than Se to Se is, for example, 10 mol% or less, preferably 5 mol% or less, and more preferably 1 mol% or less.

半導体ナノ粒子は、実質的にAg、In及びGaの少なくとも一方並びにSeのみから構成されてよい。また、半導体ナノ粒子は、実質的にAg、アルカリ金属、In及びGaの少なくとも一方並びにSeのみから構成されてよい。更に、半導体ナノ粒子は、実質的にAg、In及びGaの少なくとも一方、並びにSe及びSのみから構成されてよい。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Ag、アルカリ金属、In、Ga、Se及びS以外の元素が含まれることを考慮して使用している。 The semiconductor nanoparticles may be composed substantially of at least one of Ag, In and Ga, and Se only. Further, the semiconductor nanoparticles may be substantially composed of at least one of Ag, an alkali metal, In and Ga, and Se only. Further, the semiconductor nanoparticles may be composed substantially of at least one of Ag, In and Ga, and Se and S only. Here, the term "substantially" is used in consideration of the fact that elements other than Ag, alkali metal, In, Ga, Se and S are inevitably contained due to the inclusion of impurities and the like.

半導体ナノ粒子の結晶構造は、少なくとも正方晶を含み、場合により、六方晶及び斜方晶からなる群より選ばれる少なくとも1種を更に含んでいてもよい。Ag、In及びSeを含み、かつその結晶構造が正方晶、六方晶、又は斜方晶である半導体ナノ粒子は、一般的には、AgInSe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。本実施形態に係る半導体ナノ粒子は、例えば第13族元素であるInの一部を同じく第13族元素であるGaで置換したものと考えることができる。半導体ナノ粒子の組成は例えば、Ag-In-Ga-Se、Ag-M-In-Ga-Se、Ag-M-In-Ga-Se-S、Ag-In-Ga-Se-S等で表されてもよい。 The crystal structure of the semiconductor nanoparticles contains at least tetragonal crystals, and may further include at least one selected from the group consisting of hexagonal crystals and orthorhombic crystals. Semiconductor nanoparticles containing Ag, In and Se and whose crystal structure is tetragonal, hexagonal or orthorhombic are generally represented by the composition formula of AgInSe 2 in the literature and the like. Introduced. It can be considered that the semiconductor nanoparticles according to the present embodiment are, for example, a part of In, which is a Group 13 element, replaced with Ga, which is also a Group 13 element. The composition of the semiconductor nanoparticles is, for example, Ag-In-Ga-Se, Ag -Ma-In-Ga-Se, Ag -Ma-In-Ga-Se-S, Ag-In-Ga-Se-S, etc. It may be represented by.

なお、Ag-In-Ga-Seなどの組成式で表される半導体ナノ粒子であって、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)分析により得られる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、半導体ナノ粒子から得られたXRDパターンを、AgInSe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、又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。既知のパターン及びシミュレーションのパターンの中に、半導体ナノ粒子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、その一致した既知又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。 The semiconductor nanoparticles represented by the composition formula such as Ag-In-Ga-Se having a hexagonal crystal structure are wurtzite type, and the semiconductor having a tetragonal crystal structure is calcopyrite. It is a type. The crystal structure is identified, for example, by measuring the XRD pattern obtained by X-ray diffraction (XRD) analysis. Specifically, the XRD pattern obtained from the semiconductor nanoparticles is compared with the XRD pattern known as that of the semiconductor nanoparticles represented by the composition of AgInSe 2 or the XRD pattern obtained by simulation from the crystal structure parameters. do. If any of the known patterns and simulation patterns match the pattern of the semiconductor nanoparticles, it can be said that the crystal structure of the semiconductor nanoparticles is the crystal structure of the matching known or simulation pattern.

半導体ナノ粒子の集合体においては、異なる結晶構造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。 In the aggregate of semiconductor nanoparticles, semiconductor nanoparticles having different crystal structures may coexist. In that case, in the XRD pattern, peaks derived from a plurality of crystal structures are observed.

半導体ナノ粒子は、例えば、50nm以下の平均粒径を有する。平均粒径は、例えば、20nm以下、10nm以下又は10nm未満であってよい。平均粒径が50nm以下であると量子サイズ効果が得られ易く、バンド端発光が得られ易い傾向がある。また平均粒径の下限は例えば、1nmである。 The semiconductor nanoparticles have, for example, an average particle size of 50 nm or less. The average particle size may be, for example, 20 nm or less, 10 nm or less, or less than 10 nm. When the average particle size is 50 nm or less, the quantum size effect tends to be easily obtained, and the band end emission tends to be easily obtained. The lower limit of the average particle size is, for example, 1 nm.

半導体ナノ粒子の粒径は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて撮影されたTEM像から求めることができる。具体的には、ある粒子について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、当該粒子の内部を通過する線分のうち、最も長い線分の長さをその粒子の粒径とする。 The particle size of the semiconductor nanoparticles can be determined from, for example, a TEM image taken using a transmission electron microscope (TEM). Specifically, it is a line segment connecting arbitrary two points on the outer circumference of a particle observed in a TEM image of a certain particle, and is the length of the longest line segment among the line segments passing inside the particle. The particle size of the particles.

ただし、粒子がロッド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、ロッド形状の粒子とは、TEM像において短軸と短軸に直交する長軸とを有し、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。ロッド形状の粒子は、TEM像で、例えば、長方形状を含む四角形状、楕円形状、又は多角形状等として観察される。ロッド形状の長軸に直交する面である断面の形状は、例えば、円、楕円、又は多角形であってよい。具体的には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、最も長い線分の長さを指し、長方形状又は多角形状の場合、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、最も長い線分の長さを指す。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の長さを指す。 However, when the particles have a rod shape, the length of the minor axis is regarded as the particle size. Here, the rod-shaped particles have a minor axis and a major axis orthogonal to the minor axis in the TEM image, and the ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis is larger than 1.2. .. The rod-shaped particles are observed in the TEM image as, for example, a rectangular shape including a rectangular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, or the like. The shape of the cross section, which is a plane orthogonal to the long axis of the rod shape, may be, for example, a circle, an ellipse, or a polygon. Specifically, for rod-shaped particles, the length of the major axis refers to the length of the longest line segment among the line segments connecting any two points on the outer circumference of the particle in the case of an elliptical shape. , Rectangular or polygonal, refers to the length of the longest line segment that is parallel to the longest side that defines the outer circumference and connects any two points on the outer circumference of the particle. .. The length of the minor axis refers to the length of the longest line segment orthogonal to the line segment defining the length of the major axis among the line segments connecting arbitrary two points on the outer circumference.

半導体ナノ粒子の平均粒径は、50,000倍以上150,000倍以下のTEM像で観察される、すべての計測可能な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。1つのTEM像に含まれる計測可能な粒子数が100以上である場合には、そのTEM像を用いて平均粒径を求める。一方、1つのTEM像に含まれる計測可能な粒子の数が100未満の場合には、撮像場所を変更して、TEM像をさらに取得し、2以上のTEM像に含まれる100以上の計測可能な粒子について粒径を測定して平均粒径を求める。 The average particle size of the semiconductor nanoparticles is measured by measuring the particle size of all measurable particles observed in the TEM image of 50,000 times or more and 150,000 times or less, and used as the arithmetic mean of those particle sizes. Here, the "measurable" particles are those in which the entire particles can be observed in the TEM image. Therefore, in the TEM image, a part of the TEM image is not included in the imaging range, and particles that are "cut" are not measurable. When the number of measurable particles contained in one TEM image is 100 or more, the average particle size is obtained using the TEM image. On the other hand, when the number of measurable particles contained in one TEM image is less than 100, the imaging location is changed to further acquire the TEM image, and 100 or more measurable particles included in two or more TEM images are possible. The particle size of the particles is measured to obtain the average particle size.

半導体ナノ粒子はバンド端発光が可能である。半導体ナノ粒子は、350nm以上500nm未満の範囲内にある波長の光を照射することにより、500nm以上900nm以下の範囲に発光ピーク波長を有して発光する。半導体ナノ粒子の発光スペクトルにおける半値幅は、250meV以下であり、好ましくは200meV以下、より好ましくは150meV以下である。半値幅の下限値は例えば30meV以上である。半値幅が250meV以下であるとは、発光ピーク波長が600nmの場合には半値幅が73nm以下であり、発光ピーク波長が700nmの場合には半値幅が100nm以下であり、発光ピーク波長が800nmの場合には半値幅が130nm以下であることを意味し、半導体ナノ粒子がバンド端発光することを意味する。 Semiconductor nanoparticles are capable of band-end emission. The semiconductor nanoparticles emit light having a emission peak wavelength in the range of 500 nm or more and 900 nm or less by irradiating with light having a wavelength in the range of 350 nm or more and less than 500 nm. The half width in the emission spectrum of the semiconductor nanoparticles is 250 meV or less, preferably 200 meV or less, and more preferably 150 meV or less. The lower limit of the half width is, for example, 30 meV or more. When the half-value width is 250 meV or less, the half-value width is 73 nm or less when the emission peak wavelength is 600 nm, the half-value width is 100 nm or less when the emission peak wavelength is 700 nm, and the emission peak wavelength is 800 nm. In the case, it means that the half width is 130 nm or less, and it means that the semiconductor nanoparticles emit light at the band end.

半導体ナノ粒子は、バンド端発光とともに、他の発光、例えば欠陥発光を与えるものであってよい。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。バンド端発光と欠陥発光がともに得られる場合、バンド端発光の強度が欠陥発光の強度よりも大きいことが好ましい。 The semiconductor nanoparticles may give other emission, for example, defect emission, as well as band-end emission. Defect emission generally has a long emission lifetime, has a broad spectrum, and has its peak on the longer wavelength side than the band-end emission. When both the band edge emission and the defect emission are obtained, it is preferable that the intensity of the band edge emission is larger than the intensity of the defect emission.

半導体ナノ粒子のバンド端発光は、半導体ナノ粒子の形状及び平均粒径の少なくとも一方、特に平均粒径を変化させることによって、そのピーク位置を変化させることができる。例えば、半導体ナノ粒子の平均粒径をより小さくすれば、量子サイズ効果により、バンドギャップエネルギーがより大きくなり、バンド端発光のピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。 The peak position of the band end emission of the semiconductor nanoparticles can be changed by changing at least one of the shape and the average particle size of the semiconductor nanoparticles, particularly the average particle size. For example, if the average particle size of the semiconductor nanoparticles is made smaller, the bandgap energy becomes larger due to the quantum size effect, and the peak wavelength of the band-end emission can be shifted to the short wavelength side.

また半導体ナノ粒子のバンド端発光は、半導体ナノ粒子の組成を変化させることによって、その発光ピーク波長を変化させることができる。例えば、組成におけるInとGaの原子数の和に対するGaの原子数の比であるGa比(Ga/(In+Ga))を大きくすることでバンド端発光の発光ピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。また、例えば、アルカリ金属としてLi等を選択し、組成におけるAgとアルカリ金属(M)の原子数の和に対するアルカリ金属(M)の原子数の比であるMa比(M/(Ag+M))を大きくすることでバンド端発光の発光ピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。また、例えば、組成におけるSeの一部をSで置換し、SeとSの原子数の和に対するSの原子数の比であるS比(S/(Se+S))を大きくすることでバンド端発光の発光ピーク波長を短波長側にシフトさせることができる。 Further, the band edge emission of the semiconductor nanoparticles can change the emission peak wavelength by changing the composition of the semiconductor nanoparticles. For example, the emission peak wavelength of band-end emission is shifted to the short wavelength side by increasing the Ga ratio (Ga / (In + Ga)), which is the ratio of the number of atoms of Ga to the sum of the number of atoms of In and Ga in the composition. Can be done. Further, for example, Li or the like is selected as the alkali metal, and the Ma ratio ( Ma / ( Ag + M ), which is the ratio of the number of atoms of the alkali metal (Ma) to the sum of the number of atoms of Ag and the alkali metal (Ma) in the composition. By increasing a )), the emission peak wavelength of band-end emission can be shifted to the short wavelength side. Further, for example, by substituting a part of Se in the composition with S and increasing the S ratio (S / (Se + S)), which is the ratio of the number of atoms of S to the sum of the numbers of atoms of Se and S, the band end emission is emitted. The emission peak wavelength of can be shifted to the short wavelength side.

半導体ナノ粒子は、その吸収スペクトル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から半導体ナノ粒子が構成されていることを意味する。また、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する。したがって、エキシトンピークが急峻であると、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。半導体ナノ粒子の吸収スペクトルにおいて、エキシトンピークは、例えば、350nm以上900nm以下の範囲内で観察される。 It is preferable that the absorption spectrum of the semiconductor nanoparticles shows an exciton peak. The exciton peak is a peak obtained by exciton generation, and the fact that it is expressed in the absorption spectrum means that the semiconductor nanoparticles are composed of particles suitable for band-end emission with a small particle size distribution and few crystal defects. It means that it has been done. Further, the steeper the exciton peak, the more particles having the same particle size and less crystal defects are contained in the aggregate of semiconductor nanoparticles. Therefore, if the exciton peak is steep, the half-value width of light emission is expected to be narrowed, and the light emission efficiency is expected to improve. In the absorption spectrum of semiconductor nanoparticles, exciton peaks are observed, for example, in the range of 350 nm or more and 900 nm or less.

半導体ナノ粒子は、ストークスシフトにより吸収スペクトルのエキシトンピークより長波長側に発光ピーク波長を有して発光する。半導体ナノ粒子の吸収スペクトルがエキシトンピークを示す場合、エキシトンピークと発光ピーク波長のエネルギー差は、例えば、100meV以下である。 The semiconductor nanoparticles emit light having an emission peak wavelength on the longer wavelength side than the exciton peak of the absorption spectrum due to the Stokes shift. When the absorption spectrum of the semiconductor nanoparticles shows an exciton peak, the energy difference between the exciton peak and the emission peak wavelength is, for example, 100 meV or less.

半導体ナノ粒子は、表面にシェルが配置されるコアシェル構造を有していてもよい。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、第13族元素及び第16族元素を含む半導体から構成される。第13族元素としては、B、Al、Ga、In及びTlが挙げられ、第16族元素としては、O、S、Se、Te及び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、又は2種類以上含まれてよく、第16族元素が1種類だけ、又は2種類以上含まれていてもよい。 The semiconductor nanoparticles may have a core-shell structure in which a shell is arranged on the surface. The shell is a semiconductor having a band gap energy larger than that of the semiconductor constituting the core, and is composed of a semiconductor containing a group 13 element and a group 16 element. Group 13 elements include B, Al, Ga, In and Tl, and Group 16 elements include O, S, Se, Te and Po. The semiconductor constituting the shell may contain only one kind or two or more kinds of Group 13 elements, and may contain only one kind or two or more kinds of Group 16 elements.

シェルは、実質的に第13族元素及び第16族元素からなる半導体から構成されていてもよい。ここで「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族元素及び第16族元素以外の元素の割合が、例えば10%以下、好ましくは5%以下、より好ましくは1%以下であることを示す。 The shell may be substantially composed of a semiconductor composed of Group 13 elements and Group 16 elements. Here, "substantially" means that the ratio of elements other than Group 13 elements and Group 16 elements is, for example, 10% or less when the total number of atoms of all the elements contained in the shell is 100%. , It is preferably 5% or less, and more preferably 1% or less.

シェルは、上述の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してもよい。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、コアを設計してもよい。例えば、Ag-In-Seからなる半導体は、1.1eV以上1.3eV以下程度のバンドギャップエネルギーを有する。 The shell may be configured by selecting its composition or the like according to the bandgap energy of the semiconductor constituting the core described above. Alternatively, if the composition of the shell or the like is determined in advance, the core may be designed so that the bandgap energy of the semiconductor constituting the core is smaller than that of the shell. For example, a semiconductor made of Ag-In-Se has a bandgap energy of about 1.1 eV or more and 1.3 eV or less.

具体的には、シェルを構成する半導体は、例えば2.0eV以上5.0eV以下、特に2.5eV以上5.0eV以下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以上3.0eV以下程度、特に0.3eV以上3.0eV以下程度、より特には0.5eV以上1.0eV以下程度大きいものであってよい。シェルを構成する半導体のバンドギャップエネルギーとコアを構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの差が前記下限値以上であると、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少なくなり、バンド端発光の割合が大きくなる傾向がある。 Specifically, the semiconductor constituting the shell may have, for example, a bandgap energy of 2.0 eV or more and 5.0 eV or less, particularly 2.5 eV or more and 5.0 eV or less. Further, the bandgap energy of the shell is, for example, 0.1 eV or more and 3.0 eV or less, particularly 0.3 eV or more and 3.0 eV or less, more particularly 0.5 eV or more and 1.0 eV or less, more than the band gap energy of the core. It may be large. When the difference between the bandgap energy of the semiconductor constituting the shell and the bandgap energy of the semiconductor constituting the core is equal to or more than the above lower limit value, the proportion of light emitted from the core other than the band-end emission is reduced, and the band The rate of edge emission tends to be large.

さらに、コア及びシェルを構成する半導体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、例えば0.2eV以上、又は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以下であり、特に1.1eV以下である。障壁が前記下限値以上であると、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少なくなり、バンド端発光の割合が大きくなる傾向がある。 Further, the bandgap energy of the semiconductors constituting the core and the shell is selected so that the bandgap energy of the shell provides the bandgap energy of type-I that sandwiches the bandgap energy of the core in the heterojunction of the core and the shell. Is preferable. By forming the band alignment of type-I, the band end emission from the core can be obtained better. In type-I alignment, it is preferable that a barrier of at least 0.1 eV is formed between the band gap of the core and the band gap of the shell, for example, a barrier of 0.2 eV or more, or 0.3 eV or more. May be formed. The upper limit of the barrier is, for example, 1.8 eV or less, and particularly 1.1 eV or less. When the barrier is at least the above lower limit value, the ratio of light emission other than band-end light emission tends to decrease and the ratio of band-end light emission tends to increase in light emission from the core.

シェルを構成する半導体は、第13族元素としてIn又はGaを含むものであってよい。またシェルは、第16族元素としてSを含むものであってよい。In又はGaを含む、あるいはSを含む半導体は、上述のコア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。 The semiconductor constituting the shell may contain In or Ga as a Group 13 element. Further, 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 bandgap energy larger than that of the core described above.

シェルは、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又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、上述のコアは、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-Seが正方晶系である場合、その格子定数は0.61038nm(6.104Å)、0.61038nm(6.104Å)、1.17118nm(11.71Å)であり、これを被覆するシェルは、正方晶系又は立方晶系であって、その格子定数又はその倍数が、Ag-In-Se等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 have a crystal system of the semiconductor familiar to the crystal system of the semiconductor of the core, and its lattice constant may be the same as or close to that of the semiconductor of the core. A shell made of semiconductors that is familiar to the crystal system and has a close lattice constant (here, the one whose lattice constant is close to the grid constant of the core is also close to the lattice constant) has a good circumference of the core. May be covered. For example, the above-mentioned core is generally a tetragonal system, and examples of the crystal system familiar to this system include a tetragonal system and an orthorhombic system. When Ag-In-Se is a tetragonal system, its lattice constants are 0.61038 nm (6.14 Å), 0.61038 nm (6.104 Å), and 1.171 18 nm (11.71 Å), which are covered. The shell is preferably a tetragonal system or a cubic system, and its lattice constant or a multiple thereof is preferably close to a lattice constant such as Ag-In-Se. Alternatively, the shell may be 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、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。アモルファス(非晶質)のシェルが形成されている場合、具体的には、規則的な模様(例えば、縞模様、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 shell is formed can be confirmed by observing semiconductor nanoparticles having a core-shell structure with HAADF-STEM. When an amorphous shell is formed, specifically, a portion having a regular pattern (for example, a striped pattern, a dot pattern, etc.) is observed in the center, and a regular pattern is observed around the portion. Parts that are not observed as having a pattern are observed in HAADF-STEM. According to HAADF-STEM, substances having a regular structure such as crystalline substances are observed as images with regular patterns, and substances having no regular structure such as amorphous substances are observed. It is not observed as an image with a regular pattern. Therefore, when the shell is amorphous, the shell is observed as a part clearly different from the core (which has a crystal structure such as a tetragonal system as described above) observed as an image having a regular pattern. be able to.

また、シェルがGaSからなる場合、Gaがコアに含まれるAg及び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 shell consists of GaS, the shell tends to be observed as a darker image than the core in the image obtained by HAADF-STEM because Ga is a lighter element than Ag and In contained in the core. ..

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 having the core-shell structure of the present embodiment with a high-resolution transmission electron microscope (HRTEM). In the image obtained by HRTEM, the core part is observed as a crystal lattice image (an image having a regular pattern), the shell part is not observed as a crystal lattice image, and black and white contrast is observed, but it is regular. 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。 On the other hand, it is preferable that the shell does not form a solid solution with the core. When the shell forms a solid solution with the core, the two become one, and the mechanism of the present embodiment, in which the core is covered with the shell and the surface state of the core is changed to obtain band-end emission, cannot be obtained.

シェルは、第13族元素及び第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、又は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。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以上1.5以下)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以上1.5以下)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 and Ga and S as a combination of Group 13 and Group 16 elements. is not it. 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 may be indium gallium sulfide. good. The indium sulfide constituting the shell does not have to have a stoichiometric composition (In 2 S 3 ), and in that sense, indium sulfide is expressed in the formula InS x (x is an arbitrary number not limited to an integer). , For example, 0.8 or more and 1.5 or less). Similarly, gallium sulfide does not have to have a stoichiometric composition (Ga 2 S 3 ), and in that sense, gallium sulfide is referred to herein as GaS x (x is any number not limited to an integer, for example. It may be expressed as 0.8 or more and 1.5 or less). The indium gallium sulfide may have a composition represented by In 2 (1-y) Ga 2y S 3 (y is any number greater than 0 and less than 1), or In a Ga 1- . It may be represented by a S b (a is an arbitrary number larger than 0 and less than 1 and b is an arbitrary number not limited to an integer).

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以上2.4eV以下であり、晶系が立方晶であるものについては、その格子定数は1.0775nm(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以上2.6eV以下程度であり、晶系が正方晶であるものについては、その格子定数が0.5215nm(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。 The bandgap energy of indium sulfide is 2.0 eV or more and 2.4 eV or less, and the lattice constant of indium sulfide having a cubic crystal system is 1.0775 nm (10.775 Å). The bandgap energy of gallium sulfide is about 2.5 eV or more and 2.6 eV or less, and the lattice constant of gallium sulfide having a tetragonal crystal system is 0.5215 nm (5.215 Å). However, the crystal systems and the like described here are all reported values, and the shell does not always satisfy these reported values in the semiconductor nanoparticles having an actual core-shell structure.

硫化インジウム及び硫化ガリウムは、コアの表面に配置される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 and gallium sulfide are preferably used as semiconductors constituting a shell arranged on the surface of the core. In particular, gallium sulfide is preferably used because it has a larger bandgap energy. When gallium sulfide is used, stronger band-end emission can be obtained as compared with the case where indium sulfide is used.

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以上10nm以下の範囲内、特に2nm以上8nm以下の範囲内にあってよい。コアの平均粒径が前記上限値以下であると、量子サイズ効果を得られ易い。 In semiconductor nanoparticles having a core-shell structure, the core may have an average particle size of, for example, 10 nm or less, particularly 8 nm or less. The average particle size of the core may be in the range of 2 nm or more and 10 nm or less, particularly in the range of 2 nm or more and 8 nm or less. When the average particle size of the core is not more than the upper limit, the quantum size effect can be easily obtained.

シェルの厚みは0.1nm以上50nm以下の範囲内、0.1nm以上10nm以下の範囲内、特に0.3nm以上3nm以下の範囲内にあってよい。シェルの厚みが前記下限値以上である場合には、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、バンド端発光を得られ易い。 The thickness of the shell may be in the range of 0.1 nm or more and 50 nm or less, in the range of 0.1 nm or more and 10 nm or less, and particularly in the range of 0.3 nm or more and 3 nm or less. When the thickness of the shell is not less than the lower limit, the effect of the shell covering the core can be sufficiently obtained, and the band end emission can be easily obtained.

半導体ナノ粒子は、その表面が任意の化合物で修飾されていてよい。半導体ナノ粒子の表面を修飾する化合物は表面修飾剤とも呼ばれる。表面修飾剤は、例えば、半導体ナノ粒子を安定化させて半導体ナノ粒子の凝集又は成長を防止する機能、半導体ナノ粒子の溶媒中での分散性を向上させる機能、半導体ナノ粒子の表面欠陥を補償して発光効率を向上させる機能等の少なくとも1つを有する。 The surface of the semiconductor nanoparticles may be modified with any compound. Compounds that modify the surface of semiconductor nanoparticles are also called surface modifiers. The surface modifier has, for example, a function of stabilizing semiconductor nanoparticles to prevent aggregation or growth of semiconductor nanoparticles, a function of improving dispersibility of semiconductor nanoparticles in a solvent, and compensation for surface defects of semiconductor nanoparticles. It has at least one function of improving light emission efficiency.

表面修飾剤は、例えば、炭素数4から20の炭化水素基を有する含窒素化合物、炭素数4から20の炭化水素基を有する含硫黄化合物、炭素数4から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から20の炭化水素基としては、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、エチルヘキシル基、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、ナフチル基などの炭素数6から10の芳香族炭化水素基;ベンジル基、ナフチルメチル基などのアリールアルキル基などが挙げられ、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、アミド類等が挙げられ、含硫黄化合物としてはチオール類等が挙げられ、含酸素化合物としては脂肪酸類等が挙げられ、含リン化合物としては、ホスフィン類、ホスフィンオキシド類等が挙げられる。 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. Hydrocarbon groups having 4 to 20 carbon atoms include saturated aliphatic hydrocarbon groups such as butyl group, isobutyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, ethylhexyl group, decyl group, dodecyl group, hexadecyl group and octadecyl group; Unsaturated aliphatic hydrocarbon groups such as oleyl group; alicyclic hydrocarbon groups such as cyclopentyl group and cyclohexyl group; aromatic hydrocarbon groups having 6 to 10 carbon atoms such as phenyl group and naphthyl group; benzyl group and naphthylmethyl Examples thereof include an arylalkyl group such as a group, and among these, a saturated aliphatic hydrocarbon group and an unsaturated aliphatic hydrocarbon group are preferable. Examples of the nitrogen-containing compound include amines and amides, examples of the sulfur-containing compound include thiols and the like, examples of the oxygen-containing compound include fatty acids and the like, and examples of the phosphorus-containing compound include phosphine and phosphine oxide. Kind and the like.

表面修飾剤としては、炭素数4から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としては、ブチルアミン、イソブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、エチルヘキシルアミン、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、オレイルアミンなどのアルケニルアミンが挙げられる。 As the surface modifier, a nitrogen-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms is preferable. Examples of such nitrogen-containing compounds include alkylamines such as butylamine, isobutylamine, pentylamine, hexylamine, octylamine, ethylhexylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine and octadecylamine, and alkenylamines such as oleylamine. ..

表面修飾剤としては、また、炭素数4から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としては、ブタンチオール、イソブタンチオール、ペンタンチオール、ヘキサンチオール、オクタンチオール、エチルヘキサンチオール、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が挙げられる。 As the surface modifier, a sulfur-containing compound having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms is also preferable. Examples of such sulfur-containing compounds include butanethiol, isobutanethiol, pentanthiol, hexanethiol, octanethiol, ethylhexanethiol, decanethiol, dodecanethiol, hexadecanethiol, octadecanethiol and the like.

表面修飾剤は、1種単独で用いても、異なる2種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 alone or in combination of two or more different types. 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. ..

半導体ナノ粒子がコアシェル構造を有する場合、そのシェル表面は、負の酸化数を有するリン(P)を含む表面修飾剤(以下、「特定修飾剤」ともいう)で修飾されていてもよい。シェルの表面修飾剤が特定修飾剤を含んでいることで、コアシェル構造の半導体ナノ粒子のバンド端発光における量子効率がより向上する。 When the semiconductor nanoparticles have a core-shell structure, the shell surface may be modified with a surface modifier containing phosphorus (P) having a negative oxidation number (hereinafter, also referred to as “specific modifier”). Since the surface modifier of the shell contains the specific modifier, the quantum efficiency in the band end emission of the semiconductor nanoparticles of the core shell structure is further improved.

特定修飾剤は、第15族元素として負の酸化数を有するPを含む。Pの酸化数は、Pに水素原子又はアルキル基が1つ結合することで-1となり、酸素原子が単結合で1つ結合することで+1となり、Pの置換状態で変化する。例えば、トリアルキルホスフィン及びトリアリールホスフィンにおけるPの酸化数は-3であり、トリアルキルホスフィンオキシド及びトリアリールホスフィンオキシドでは-1となる。 The specific modifier contains P having a negative oxidation number as a Group 15 element. The oxidation number of P becomes -1 when one hydrogen atom or alkyl group is bonded to P, and becomes +1 when one oxygen atom is bonded by a single bond, and changes in the substitution state of P. For example, the oxidation number of P in trialkylphosphine and triarylphosphine is -3, and that in trialkylphosphine oxide and triarylphosphine oxide is -1.

特定修飾剤は、負の酸化数を有するPに加えて、他の第15族元素を含んでいてもよい。他の第15族元素としては、N、As、Sb等を挙げることができる。 The specific modifier may contain other Group 15 elements in addition to P having a negative oxidation number. Examples of other Group 15 elements include N, As, Sb and the like.

特定修飾剤は、例えば、炭素数4以上20以下の炭化水素基を含リン化合物であってよい。炭素数4以上20以下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、エチルヘキシル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基などの直鎖又は分岐鎖状の飽和脂肪族炭化水素基;オレイル基などの直鎖又は分岐鎖状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、ナフチル基などの芳香族炭化水素基;ベンジル基、ナフチルメチル基などのアリールアルキル基などが挙げられ、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。特定修飾剤が、複数の炭化水素基を有する場合、それらは同一であっても、異なっていてもよい。 The specific modifier may be, for example, a phosphorus-containing compound having a hydrocarbon group having 4 or more and 20 or less carbon atoms. Hydrocarbon groups having 4 or more and 20 or less carbon atoms include n-butyl group, isobutyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, octyl group, ethylhexyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group, hexadecyl group and octadecyl. Linear or branched saturated aliphatic hydrocarbon groups such as groups; Linear or branched unsaturated aliphatic hydrocarbon groups such as oleyl groups; Alicyclic hydrocarbon groups such as cyclopentyl groups and cyclohexyl groups; Aromatic hydrocarbon groups such as phenyl group and naphthyl group; arylalkyl groups such as benzyl group and naphthylmethyl group are mentioned, and among them, saturated aliphatic hydrocarbon group and unsaturated aliphatic hydrocarbon group are preferable. When the specific modifier has a plurality of hydrocarbon groups, they may be the same or different.

特定修飾剤として具体的には、トリブチルホスフィン、トリイソブチルホスフィン、トリペンチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリス(エチルヘキシル)ホスフィン、トリデシルホスフィン、トリドデシルホスフィン、トリテトラデシルホスフィン、トリヘキサデシルホスフィン、トリオクタデシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィンオキシド、トリイソブチルホスフィンオキシド、トリペンチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリス(エチルヘキシル)ホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド、トリドデシルホスフィンオキシド、トリテトラデシルホスフィンオキシド、トリヘキサデシルホスフィンオキシド、トリオクタデシルホスフィンオキシド、トリフェニルホスフィンオキシド等を挙げることができ、これらからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。 Specifically, as the specific modifier, tributylphosphine, triisobutylphosphine, tripentylphosphine, trihexylphosphine, trioctylphosphine, tris (ethylhexyl) phosphine, tridecylphosphine, tridodecylphosphine, tritetradecylphosphine, trihexadecyl Phosphine, trioctadecylphosphine, triphenylphosphine, tributylphosphine oxide, triisobutylphosphine oxide, tripentylphosphine oxide, trihexylphosphine oxide, trioctylphosphine oxide, tris (ethylhexyl) phosphine oxide, tridecylphosphine oxide, tridodecylphosphine oxide , Tritetradecylphosphine oxide, trihexadecylphosphine oxide, trioctadecylphosphine oxide, triphenylphosphine oxide and the like, and at least one selected from the group consisting of these is preferable.

半導体ナノ粒子の製造方法
半導体ナノ粒子の製造方法は、Ag塩と、In及びGaの少なくとも一方を含む塩と、Se供給源と、有機溶剤とを含む混合物を、200℃を超えて370℃以下の範囲にある温度にて熱処理して、半導体ナノ粒子を得ることを含む。製造方法においては、混合物におけるIn及びGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比を、0.43を超えて2.5以下とする。In及びGaの少なくとも一方を含む塩は、In塩とGa塩の少なくとも一方を含んでいてもよい。
Method for manufacturing semiconductor nanoparticles In the method for manufacturing semiconductor nanoparticles, a mixture containing an Ag salt, a salt containing at least one of In and Ga, a Se source, and an organic solvent is mixed at a temperature of more than 200 ° C and 370 ° C or less. Including heat treatment at a temperature within the range of to obtain semiconductor nanoparticles. In the production method, the ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of In and Ga in the mixture is more than 0.43 and 2.5 or less. The salt containing at least one of In and Ga may contain at least one of In salt and Ga salt.

この製造方法では、InとGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/(In+Ga))が0.43を越えて2.5以下となるように、Agの塩と、In及びGaの少なくとも一方を含む塩と、Se供給源とを、有機溶媒中に投入することを特徴とする。Ag/(In+Ga)が前記範囲内となるように、各元素の供給源を投入することによって、上述したAg-In-Ga-Se半導体ナノ粒子を得ることができる。すなわち、この実施形態の製造方法には、各元素の供給源の仕込み比を、化学量論組成比どおりではない特定の比として、半導体ナノ粒子を生成する点に特徴の1つがある。 In this production method, the salt of Ag, In and so that the ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of In and Ga (Ag / (In + Ga)) exceeds 0.43 and becomes 2.5 or less. It is characterized in that a salt containing at least one of Ga and a Se source are charged into an organic solvent. The above-mentioned Ag-In-Ga-Se semiconductor nanoparticles can be obtained by inputting the supply source of each element so that Ag / (In + Ga) is within the above range. That is, one of the features of the production method of this embodiment is that semiconductor nanoparticles are produced by setting the charging ratio of the source of each element to a specific ratio that is not according to the stoichiometric composition ratio.

半導体ナノ粒子の製造方法における熱処理前の混合物は、必要に応じてアルカリ金属塩を更に含んでいてもよい。混合物がアルカリ金属塩を含む場合、混合物におけるAg及びアルカリ金属(M)の原子数の合計に対するアルカリ金属(M)の原子数の比(M/(M+Ag))は、例えば、1未満であり、好ましくは0.85以下、又は0.35以下である。またその比は、例えば、0より大きく、好ましくは0.1以上、又は0.15以上である。すなわち、この実施形態の製造方法には、組成におけるAgの一部をアルカリ金属に置換して、半導体ナノ粒子を生成する点に特徴の1つがある。 The mixture before heat treatment in the method for producing semiconductor nanoparticles may further contain an alkali metal salt, if necessary. When the mixture contains an alkali metal salt, the ratio of the number of atoms of the alkali metal ( Ma ) to the total number of atoms of Ag and the alkali metal ( Ma ) in the mixture ( Ma / ( Ma + Ag)) is, for example, It is less than 1, preferably 0.85 or less, or 0.35 or less. The ratio is, for example, greater than 0, preferably 0.1 or more, or 0.15 or more. That is, one of the features of the production method of this embodiment is that a part of Ag in the composition is replaced with an alkali metal to generate semiconductor nanoparticles.

半導体ナノ粒子の製造方法における熱処理前の混合物は、必要に応じてイオウ(S)供給源を更に含んでいてもよい。混合物がS供給源を含む場合、混合物におけるS及びSeの原子数の合計に対するSの原子数の比(S/(Se+S))は、例えば、1未満であり、好ましくは0.95以下、又は0.9以下である。またその比は、例えば、0より大きく、好ましくは0.1以上、又は0.4以上である。すなわち、この実施形態の製造方法には、組成におけるSeの一部をSに置換して、半導体ナノ粒子を生成する点に特徴の1つがある。 The mixture before heat treatment in the method for producing semiconductor nanoparticles may further contain a sulfur (S) source, if necessary. When the mixture contains an S source, the ratio of the number of atoms of S to the total number of atoms of S and Se in the mixture (S / (Se + S)) is, for example, less than 1, preferably 0.95 or less, or It is 0.9 or less. The ratio is, for example, greater than 0, preferably 0.1 or more, or 0.4 or more. That is, one of the features of the production method of this embodiment is that a part of Se in the composition is replaced with S to generate semiconductor nanoparticles.

半導体ナノ粒子は、例えば、Agの塩と、In及びGaの少なくとも一方を含む塩と、Se供給源と、有機溶剤と、必要に応じてアルカリ金属塩及びS供給源の少なくとも1種とを含み、In及びGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.43を越えて2.5以下である混合物を準備する準備工程と、準備した混合物を、200℃を越えて370℃以下の範囲にある温度で熱処理する熱処理工程とを含む製造方法で製造される。 The semiconductor nanoparticles include, for example, a salt of Ag, a salt containing at least one of In and Ga, a Se source, an organic solvent, and optionally at least one of an alkali metal salt and an S source. A preparatory step for preparing a mixture in which the ratio of the atomic number of Ag to the total atomic number of In and Ga is more than 0.43 and 2.5 or less, and the prepared mixture is more than 200 ° C and 370 ° C or less. It is manufactured by a manufacturing method including a heat treatment step of heat-treating at a temperature within the range of.

半導体ナノ粒子は、Agの塩、In及びGaの少なくとも一方を含む塩、Se供給源、並びに必要に応じてアルカリ金属塩及びS供給源の少なくとも1種を一度に有機溶剤に投入して混合物を調製し、これを熱処理することで製造してもよい。この方法によれば、簡便な操作によりワンポットで再現性よく半導体ナノ粒子を合成できる。また、有機溶剤とAgの塩とを反応させて錯体を形成し、次に、有機溶媒とIn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Se供給源とを反応させ、得られた反応物を結晶成長させる方法で製造してもよい。この場合、熱処理は、Se供給源、及び必要に応じて含まれるS供給源と反応させる段階にて実施する。 For semiconductor nanoparticles, a salt containing Ag, a salt containing at least one of In and Ga, a Se source, and optionally at least one of an alkali metal salt and an S source are added to an organic solvent at a time to prepare a mixture. It may be produced by preparing and heat-treating it. According to this method, semiconductor nanoparticles can be synthesized with good reproducibility in one pot by a simple operation. Further, the organic solvent and the salt of Ag are reacted to form a complex, and then the organic solvent and the salt of In are reacted to form a complex, and these complexes are reacted with the Se source. The obtained reaction product may be produced by a method of growing crystals. In this case, the heat treatment is carried out at the stage of reacting with the Se source and, if necessary, the included S source.

Agの塩、In及びGaの少なくとも一方を含む塩、並びにアルカリ金属塩はいずれも、有機酸塩又は無機酸塩のいずれであってもよい。具体的には、塩としては、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩酸塩、スルホン酸塩、アセチルアセトナート塩等を挙げることができ、好ましくはこれらからなる群から選択される少なくとも一種であり、より好ましくは酢酸塩等の有機酸塩である。有機酸塩は有機溶剤への溶解度が高く、反応をより均一に進行させやすいことによる。 The salt of Ag, the salt containing at least one of In and Ga, and the alkali metal salt may be either an organic acid salt or an inorganic acid salt. Specifically, examples of the salt include nitrates, acetates, sulfates, hydrochlorides, sulfonates, acetylacetonate salts and the like, and preferably at least one selected from the group consisting of these. More preferably, it is an organic acid salt such as an acetate. This is because the organic acid salt has a high solubility in an organic solvent and the reaction can proceed more uniformly.

Se供給源としては、例えば、セレン単体;セレノ尿素、セレノアセトアミド、アルキルセレノール等の含Se化合物などを挙げることができる。 Examples of the Se supply source include elemental selenium; Se-containing compounds such as selenourea, selenoacetamide, and alkylselenol.

S供給源としては、例えば、イオウ単体、チオ尿素、アルキルチオ尿素、チオアセトアミド、アルキルチオール、2,4-ビス(4-メトキシフェニル)-1,3,2,4-ジチアジホスフェタン-2,4-ジスルフィド、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等の含S化合物を挙げることができる。中でも
量子収率の点よりチオアセトアミドが好ましい。
Examples of the S supply source include sulfur alone, thiourea, alkylthiourea, thioacetamide, alkylthiol, 2,4-bis (4-methoxyphenyl) -1,3,2,4-dithiadiphosphetan-2. , 4-Disulfide, β-dithiones such as 2,4-pentanedithione, dithiols such as 1,2-bis (trifluoromethyl) ethylene-1,2-dithiol, S-containing compounds such as diethyldithiocarbamidase Can be mentioned. Of these, thioacetamide is preferable from the viewpoint of quantum yield.

混合物は、Agの塩と、In及びGaの少なくとも一方を含む塩と、Se供給源と、必要に応じてアルカリ金属塩及びS供給源の少なくとも1種とをこれらが互いに反応することなく含んでいてもよく、これらから形成される錯体として含んでいてもよい。また、混合物は、Agの塩から形成されるAg錯体、In及びGaの少なくとも一方を含む塩から形成される錯体、Se供給源から形成される錯体等を含むものであってもよい。錯体形成は、例えば、適当な溶媒中で、Agの塩と、In及びGaの少なくとも一方を含む塩と、Se供給源とを混合することで実施される。 The mixture comprises a salt of Ag, a salt containing at least one of In and Ga, a Se source and optionally at least one of an alkali metal salt and an S source, which do not react with each other. It may be included as a complex formed from these. Further, the mixture may contain an Ag complex formed from a salt of Ag, a complex formed from a salt containing at least one of In and Ga, a complex formed from a Se source, and the like. Complex formation is carried out, for example, by mixing a salt of Ag, a salt containing at least one of In and Ga, and a Se source in a suitable solvent.

有機溶剤としては、例えば、炭素数4から20の炭化水素基を有するアミン、特に、炭素数4から20のアルキルアミンもしくはアルケニルアミン、炭素数4から20の炭化水素基を有するチオール、特に炭素数4から20のアルキルチオールもしくはアルケニルチオール、炭素数4から20の炭化水素基を有するホスフィン、特に炭素数4から20のアルキルホスフィンもしくはアルケニルホスフィン等を挙げることができ、これらからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの有機溶媒は、例えば、最終的には、得られる半導体ナノ粒子を表面修飾してもよい。有機溶剤は2種以上を組み合わせて使用してよく、特に、炭素数4から20の炭化水素基を有するチオールから選択される少なくとも一種と、炭素数4から20の炭化水素基を有するアミンから選択される少なくとも一種とを組み合わせた混合溶媒を使用してよい。これらの有機溶媒はまた、他の有機溶剤と混合して用いてもよい。有機溶剤が前記チオールと前記アミンとを含む場合、アミンに対するチオールの含有体積比(チオール/アミン)は、例えば、0より大きく1以下であり、好ましくは0.007以上0.2以下である。 Examples of the organic solvent include amines having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, particularly alkyl amines or alkenyl amines having 4 to 20 carbon atoms, and thiols having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, particularly carbon atoms. Examples thereof include alkyl thiol or alkenyl thiol having 4 to 20 and phosphine having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, particularly alkyl phosphine or alkenyl phosphine having 4 to 20 carbon atoms, and the like is selected from the group consisting of these. It is preferable to contain at least one kind. These organic solvents may, for example, finally surface-modify the resulting semiconductor nanoparticles. The organic solvent may be used in combination of two or more, and in particular, selected from at least one selected from thiols having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms and an amine having a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. A mixed solvent may be used in combination with at least one of the above. These organic solvents may also be used in combination with other organic solvents. When the organic solvent contains the thiol and the amine, the volume ratio of the thiol to the amine (thiol / amine) is, for example, greater than 0 and 1 or less, preferably 0.007 or more and 0.2 or less.

混合物では、その組成として含まれるIn及びGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/(In+Ga))が、例えば、0.43を越えて2.5以下であり、好ましくは0.5以上1.0以下、より好ましくは0.6以上0.8以下である。また、混合物の組成では、In及びGaの原子数の合計に対するInの原子数の比(In/(In+Ga))が、例えば、0.1以上1.0以下であり、好ましくは0.25以上0.99以下である。更に、混合物の組成では、Seの原子数の合計に対するAgの原子数の比(Ag/Se)が、例えば、0.27以上1.0以下であり、好ましくは0.35以上0.5以下である。混合物の組成がこれらの条件を満たすように各元素の供給源を用いることにより、バンド端発光を与えやすい半導体ナノ粒子を生成することができる。 In the mixture, the ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of In and Ga contained as the composition (Ag / (In + Ga)) is, for example, more than 0.43 and 2.5 or less, preferably 0. It is 5.5 or more and 1.0 or less, more preferably 0.6 or more and 0.8 or less. Further, in the composition of the mixture, the ratio of the number of atoms of In to the total number of atoms of In and Ga (In / (In + Ga)) is, for example, 0.1 or more and 1.0 or less, preferably 0.25 or more. It is 0.99 or less. Further, in the composition of the mixture, the ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of Se (Ag / Se) is, for example, 0.27 or more and 1.0 or less, preferably 0.35 or more and 0.5 or less. Is. By using the source of each element so that the composition of the mixture satisfies these conditions, it is possible to generate semiconductor nanoparticles that easily give band-end emission.

熱処理工程は、混合物を、200℃を越えて370℃以下の範囲にある第一温度で熱処理することを含む。熱処理における第一温度は、例えば混合物にAgの塩と、Inの塩とSe供給源とを含む場合、好ましくは220℃以上であり、より好ましくは250℃以上であり、好ましくは370℃未満であり、より好ましくは350℃以下である。また、例えば混合物にAgの塩と、Inの塩と、Gaの塩と、Se供給源とを含む場合、好ましくは270℃以上であり、より好ましくは300℃以上であり、好ましくは370℃未満であり、より好ましくは350℃以下である。また、例えば混合物にAgの塩と、Inの塩と、Gaの塩と、Se供給源と、S供給源とを含む場合、好ましくは270℃以上であり、より好ましくは280℃以上、更に好ましくは300℃以上であり、好ましくは370℃未満であり、より好ましくは350℃以下、更に好ましくは320℃以下である。第一温度での熱処理の時間は、例えば、1分以上であり、好ましくは5分以上、より好ましくは8分以上、更に好ましくは10分以上である。また、第一温度での熱処理の時間は、例えば、180分以下であり、好ましくは120分以下、より好ましくは60分以下である。また例えば、第一温度での熱処理の時間は20分以下であってもよい。 The heat treatment step comprises heat treating the mixture at a first temperature in the range above 200 ° C and below 370 ° C. The first temperature in the heat treatment is preferably 220 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, and preferably less than 370 ° C., for example, when the mixture contains a salt of Ag, a salt of In and a Se source. Yes, more preferably 350 ° C. or lower. Further, for example, when the mixture contains a salt of Ag, a salt of In, a salt of Ga, and a Se source, the temperature is preferably 270 ° C or higher, more preferably 300 ° C or higher, and preferably less than 370 ° C. It is more preferably 350 ° C. or lower. Further, for example, when the mixture contains a salt of Ag, a salt of In, a salt of Ga, a Se source, and an S source, the temperature is preferably 270 ° C or higher, more preferably 280 ° C or higher, still more preferable. Is 300 ° C. or higher, preferably less than 370 ° C., more preferably 350 ° C. or lower, still more preferably 320 ° C. or lower. The heat treatment time at the first temperature is, for example, 1 minute or longer, preferably 5 minutes or longer, more preferably 8 minutes or longer, still more preferably 10 minutes or longer. The heat treatment time at the first temperature is, for example, 180 minutes or less, preferably 120 minutes or less, and more preferably 60 minutes or less. Further, for example, the heat treatment time at the first temperature may be 20 minutes or less.

なお、熱処理の時間は、所定の温度に到達した時点を熱処理の開始時間とし、降温又は昇温のための操作を行った時点をその所定温度における熱処理の終了時点とする。また所定の温度に到達するまでの昇温速度は、例えば、1℃/分以上100℃/分以下、又は1℃/分以上50℃/分以下である。また、熱処理後における降温速度は、例えば1℃/分以上100℃/分以下であり、必要に応じて冷却してもよく、熱源を停止して放冷するだけでもよい。 The heat treatment time is defined as the start time of the heat treatment when the temperature reaches a predetermined temperature, and the end time of the heat treatment at the predetermined temperature when the operation for lowering the temperature or raising the temperature is performed. The rate of temperature rise until reaching a predetermined temperature is, for example, 1 ° C./min or more and 100 ° C./min or less, or 1 ° C./min or more and 50 ° C./min or less. The temperature lowering rate after the heat treatment is, for example, 1 ° C./min or more and 100 ° C./min or less, and may be cooled as needed, or the heat source may be stopped and allowed to cool.

熱処理工程は、混合物を第一温度での熱処理に先立って、30℃以上190℃以下の範囲にある第二温度での熱処理を含んでいてもよい。すなわち、熱処理工程は、混合物を30℃以上190℃以下の範囲にある第二温度で熱処理すること(「第一段階の熱処理」ともいう)と、第二温度で熱処理された混合物を、200℃を越えて370℃以下の範囲にある第一温度で熱処理すること(「第二段階の熱処理」ともいう)とを含む2段階の熱処理工程であってもよい。加熱処理を2段階で実施することにより、より良好な再現性で、バンド端発光の強度が比較的高い半導体ナノ粒子を製造することができる。ここで、第二温度での熱処理と第一温度での熱処理とは、連続して行ってもよく、第二温度での熱処理後に降温し、次いで第一温度に昇温して熱処理してもよい。 The heat treatment step may include heat treatment at a second temperature in the range of 30 ° C. or higher and 190 ° C. or lower prior to the heat treatment of the mixture at the first temperature. That is, in the heat treatment step, the mixture is heat-treated at a second temperature in the range of 30 ° C. or higher and 190 ° C. or lower (also referred to as “first-stage heat treatment”), and the mixture heat-treated at the second temperature is 200 ° C. It may be a two-step heat treatment step including heat treatment at a first temperature in the range of 370 ° C. or lower (also referred to as “second step heat treatment”). By carrying out the heat treatment in two steps, it is possible to produce semiconductor nanoparticles having relatively high intensity of band-end emission with better reproducibility. Here, the heat treatment at the second temperature and the heat treatment at the first temperature may be continuously performed, or the heat treatment may be performed by lowering the temperature after the heat treatment at the second temperature and then raising the temperature to the first temperature. good.

第二温度は、好ましくは30℃以上であり、より好ましくは100℃以上である。また、第二温度は、好ましくは200℃以下であり、より好ましくは180℃以下である。第二温度での熱処理の時間は、例えば、1分以上であり、好ましくは5分以上、より好ましくは10分以上である。また、第二温度での熱処理の時間は、例えば、120分以下であり、好ましくは60分以下、より好ましくは30分以下である。 The second temperature is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher. The second temperature is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower. The heat treatment time at the second temperature is, for example, 1 minute or longer, preferably 5 minutes or longer, and more preferably 10 minutes or longer. The heat treatment time at the second temperature is, for example, 120 minutes or less, preferably 60 minutes or less, and more preferably 30 minutes or less.

熱処理工程における雰囲気は、アルゴン等の希ガス雰囲気、窒素雰囲気等の不活性雰囲気が好ましい。不活性雰囲気下で熱処理することで、酸化物の副生及び得られる半導体ナノ粒子表面の酸化を抑制することができる。 The atmosphere in the heat treatment step is preferably a rare gas atmosphere such as argon or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere. By heat-treating in an inert atmosphere, it is possible to suppress the by-product of oxides and the oxidation of the surface of the obtained semiconductor nanoparticles.

熱処理して得られる半導体ナノ粒子は、有機溶剤から分離してよく、必要に応じて、さらに精製してもよい。半導体ナノ粒子の分離は、例えば、熱処理工程終了後、半導体ナノ粒子を含む有機溶剤を遠心分離に付して、ナノ粒子を含む上澄み液を取り出すことにより行う。精製は、例えば、上澄み液にアルコール等の有機溶剤を添加して遠心分離に付し、半導体ナノ粒子を沈殿として取り出すことを含む。沈殿は、それ自体を取り出してよく、又は上澄み液を除去することにより取り出してよい。取り出した沈殿は、例えば、真空脱気、もしくは自然乾燥、又は真空脱気と自然乾燥との組み合わせにより、乾燥させてよい。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。 The semiconductor nanoparticles obtained by the heat treatment may be separated from the organic solvent, and may be further purified if necessary. Separation of semiconductor nanoparticles is performed, for example, by subjecting an organic solvent containing semiconductor nanoparticles to centrifugation after completion of the heat treatment step, and taking out the supernatant liquid containing the nanoparticles. Purification involves, for example, adding an organic solvent such as alcohol to the supernatant, subjecting it to centrifugation, and removing the semiconductor nanoparticles as a precipitate. The precipitate may be removed by itself or by removing the supernatant. The removed precipitate may be dried by, for example, vacuum degassing or natural drying, or a combination of vacuum degassing and natural drying. The natural drying may be carried out, for example, by leaving it in the air at normal temperature and pressure, and in that case, it may be left for 20 hours or more, for example, about 30 hours.

あるいは、取り出した沈殿は、有機溶剤に分散させてもよい。アルコールの添加と遠心分離とを含む精製処理は必要に応じて複数回実施してもよい。精製に用いるアルコールには、メタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコールを用いてよい。沈殿を有機溶媒に分散させる場合、有機溶剤として、クロロホルム等のハロゲン系溶剤、トルエン、シクロヘキサン、ヘキサン、ペンタン、オクタン等の炭化水素系溶剤を用いてもよい。 Alternatively, the removed precipitate may be dispersed in an organic solvent. The purification process including the addition of alcohol and centrifugation may be carried out multiple times as needed. As the alcohol used for purification, lower alcohols such as methanol, ethanol and propanol may be used. When the precipitate is dispersed in an organic solvent, a halogen-based solvent such as chloroform or a hydrocarbon-based solvent such as toluene, cyclohexane, hexane, pentane, or octane may be used as the organic solvent.

[発光デバイス]
発光デバイスは、光変換部材及び半導体発光素子を備え、光変換部材に上記において説明した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、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、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]
The light emitting device includes a light conversion member and a semiconductor light emitting device, and the light conversion member includes the semiconductor nanoparticles described above. According to this light emitting device, for example, a part of the light emitted from the semiconductor light emitting device is absorbed by the semiconductor nanoparticles to emit light having a longer wavelength. Then, the light from the semiconductor nanoparticles and the balance of the light emitted from the semiconductor light emitting device 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以上490nm以下程度の青紫色光又は青色光を発するものを用い、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、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。 Specifically, if a semiconductor light emitting device that emits bluish-purple light or blue light having a peak wavelength of about 400 nm or more and 490 nm or less is used, and a semiconductor nanoparticle that absorbs blue light and emits yellow light is used. 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, one that absorbs blue light and emits green light and the other that absorbs blue light and emits red light.

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、3種類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。 Alternatively, even when a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet rays having a peak wavelength of 400 nm or less is used and three types of semiconductor nanoparticles that absorb ultraviolet rays and emit blue light, green light, and red light, respectively, are used, a white light emitting device is used. Can be obtained. In this case, it is desirable that all the light from the light emitting element is absorbed by the semiconductor nanoparticles and converted so that the ultraviolet rays emitted from the light emitting element do not leak to the outside.

あるいはまた、ピーク波長が490nm以上510nm以下程度の青緑色光を発するものを用い、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。 Alternatively, if a device that emits blue-green light having a peak wavelength of 490 nm or more and 510 nm or less is used, and a device that absorbs the above-mentioned blue-green light and emits red light is used as the semiconductor nanoparticles, a device that emits white light is used. Obtainable.

あるいはまた、半導体発光素子として波長700nm以上780nm以下の赤色光を発光するものを用い、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, if a semiconductor light emitting element that emits red light having a wavelength of 700 nm or more and 780 nm or less is used, and a semiconductor nanoparticles that absorbs red light and emits near infrared rays is used, a light emitting device that emits near infrared rays. You can also get.

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、有機蛍光体又は無機蛍光体)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、LnSi11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、SrGaS4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 semiconductor nanoparticles may be used in combination with other semiconductor quantum dots, or may be used in combination with other non-quantum dot phosphors (eg, organic or inorganic phosphors). The other semiconductor quantum dots are, for example, the binary semiconductor quantum dots described in the background technology section. As a phosphor that is not a quantum dot, a garnet-based phosphor such as an aluminum garnet-based phosphor can be used. Examples of the garnet phosphor include a cerium-activated yttrium-aluminum-garnet-based fluorescent substance and a cerium-activated lutetium-aluminum-garnet-based fluorescent substance. In addition, a nitrogen-containing calcium aluminosilicate-based phosphor activated with europium and / or chromium, a silicate-based phosphor activated with europium, a β-SiAlON-based phosphor, a nitride-based phosphor such as CASN-based or SCANS-based, Rare earth nitride-based phosphors such as LnSi 3N 11 -based or LnSiAlON-based, BaSi 2 O 2 N 2 : Eu - based or Ba 3 Si 6 O 12 N 2 : Acid nitride-based phosphors such as Eu-based, CaS-based, SrGa 2 S4 series, SrAl 2 O 4 series, ZnS series and other sulfide-based phosphors, chlorosilicate-based phosphors, SrLiAl 3 N 4 : Eu phosphors, SrMg 3 SiN 4 : Eu phosphors, activated with manganese. As the fluoride complex phosphor, K 2 SiF 6 : Mn phosphor or the like can be used.

発光デバイスにおいて、半導体ナノ粒子を含む光変換部材は、例えばシート又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 containing the semiconductor nanoparticles may be, for example, a sheet or a plate-shaped member, or may be a member having a three-dimensional shape. An example of a member having a three-dimensional shape is that in a surface mount type light emitting diode, when the semiconductor light emitting element is arranged on the bottom surface of the recess formed in the package, the recess is used to seal the light emitting element. It is a sealing member formed by filling with a resin.

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及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及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。 Another example of the light conversion member is a resin member 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 arranged on a flat substrate. be. Alternatively, another example of the light conversion member is that the semiconductor light emitting device is filled with a resin member containing a reflective material so that the upper end thereof forms the same plane as the semiconductor light emitting device. It is a resin member formed in a flat plate shape with a predetermined thickness on the upper part of the resin member including the semiconductor light emitting element and the reflective 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、板状部材又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)又はモールド部材(例えば、レンズ形状を有する部材を含む)であってよい。 The light conversion member may be in contact with the semiconductor light emitting device or may be provided away from the semiconductor light emitting device. Specifically, the optical conversion member may be a pellet-shaped member, a sheet member, a plate-shaped member or a rod-shaped member arranged away from the semiconductor light-emitting element, or a member provided in contact with the semiconductor light-emitting element, for example. , A sealing member, a coating member (a member that covers a light emitting element provided separately from the mold member), or a mold member (including, for example, a member having a lens shape).

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。 Further, when two or more types of semiconductor nanoparticles exhibiting light emission of different wavelengths are used in the light emitting device, the two or more types of semiconductor nanoparticles may be mixed in one light conversion member, or Two or more optical conversion members containing only one type of quantum dot may be used in combination. In this case, the two or more types of optical conversion members may form a laminated structure or may be arranged as a dot-shaped or striped 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等からなる群から選択される1種又は2種以上からなる半導体層を備えたものであってよい。青紫色光、青色光、又は紫外線を発光する半導体発光素子は、例えば、組成が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。 Examples of the semiconductor light emitting device include an LED chip. The LED chip may include one or more semiconductor layers selected from the group consisting of GaN, GaAs, InGaN, AlInGaP, GaP, SiC, ZnO and the like. The semiconductor light emitting device that emits blue-purple light, blue light, or ultraviolet light is, for example, a GaN-based device whose composition is represented by In X Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y <1). The compound is provided as a semiconductor layer.

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。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、本実施形態の半導体ナノ粒子は、バンド端発光として半値幅のエネルギーが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以上490nm以下の範囲内にある青色光を得るようにし、半導体ナノ粒子により、ピーク波長が510nm以上550nm以下、好ましくは530nm以上540nm以下の範囲内にある緑色光、及びピーク波長が600nm以上680nm以下、好ましくは630nm以上650nm以下の範囲内にある赤色光を得るようにする;又は、
- 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、半導体ナノ粒子によりピーク波長430nm以上470nm以下、好ましくは440nm以上460nm以下の範囲内にある青色光、ピーク波長が510nm以上550nm以下、好ましくは530nm以上540nm以下の緑色光、及びピーク波長が600nm以上680nm以下、好ましくは630nm以上650nm以下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。発光デバイスは、例えば、直下型のバックライトとして、又はエッジ型のバックライトとして用いられる。
The light emitting device is preferably incorporated in the liquid crystal display device as a light source. Since band-end emission by semiconductor nanoparticles has a short emission lifetime, a emission device using this is suitable as a light source for a liquid crystal display device that requires a relatively high response speed. Further, the semiconductor nanoparticles of the present embodiment may exhibit emission peaks having a small half-value width energy as band-end emission. Therefore, 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 or more and 490 nm or less, and semiconductor nanoparticles are used to obtain green light having a peak wavelength in the range of 510 nm or more and 550 nm or less, preferably 530 nm or more and 540 nm or less. To obtain light and red light having a peak wavelength in the range of 600 nm or more and 680 nm or less, preferably 630 nm or more and 650 nm or less;
-In the light emitting device, the semiconductor light emitting element is used to obtain ultraviolet light with a peak wavelength of 400 nm or less, and the semiconductor nanoparticles are used to obtain blue light having a peak wavelength of 430 nm or more and 470 nm or less, preferably 440 nm or more and 460 nm or less, and a peak wavelength of 510 nm. A dark color filter is used by obtaining green light having a peak wavelength of 600 nm or more and 540 nm or less, and red light having a peak wavelength in the range of 600 nm or more and 680 nm or less, preferably 630 nm or more and 650 nm or less. A liquid crystal display device with good color reproducibility can be obtained. The light emitting device is used, for example, as a direct type backlight or an edge type backlight.

あるいは、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、又はロッドが、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, plate-shaped member, or rod made of resin, glass, or the like containing semiconductor nanoparticles may be incorporated in the liquid crystal display device as a light conversion member independent of the light emitting device.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
0.10mmolの酢酸銀(AgOAc)、0.15mmolのアセチルアセトナートインジウム(In(CHCOCHCOCH;In(acac))、及びセレン源として0.25mmolのセレノ尿素を、0.1cmの1-ドデカンチオールと2.9cmのオレイルアミンの混合液に投入して分散させた。分散液を、撹拌子とともに試験管に入れ、窒素置換を行った後、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、第一段階の熱処理として150℃で10分、第二段階の熱処理として250℃で10分の熱処理を実施した。熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、上澄みである分散液を取り出した。これに半導体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146mm、4000rpm、5分間)に付し、半導体ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに分散させて半導体ナノ粒子分散液を得た。原料の仕込み組成を表1に示す。
(Example 1)
0.10 mmol silver acetate (AgOAc), 0.15 mmol acetylacetonatoindium (In (CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 ; In (acac) 3 ), and 0.25 mmol selenourea as a selenium source, 0.1 cm. It was put into a mixed solution of 1-dodecanethiol of 3 and oleylamine of 2.9 cm 3 and dispersed. The dispersion is placed in a test tube together with a stirrer, replaced with nitrogen, and then the contents in the test tube are stirred under a nitrogen atmosphere for 10 minutes at 150 ° C. as the first stage heat treatment. As the heat treatment, a heat treatment at 250 ° C. for 10 minutes was carried out. After the heat treatment, the obtained suspension was allowed to cool, and then subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes), and the dispersion liquid as the supernatant was taken out. Methanol was added to this until the semiconductor nanoparticles were precipitated, and the mixture was subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the semiconductor nanoparticles. The precipitate was taken out and dispersed in chloroform to obtain a semiconductor nanoparticle dispersion liquid. Table 1 shows the preparation composition of the raw materials.

(実施例2、3、4、比較例1)
原料の仕込み組成を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして半導体ナノ粒子分散液を得た。
(Examples 2, 3, 4, Comparative Example 1)
A semiconductor nanoparticle dispersion liquid was obtained in the same manner as in Example 1 except that the charging composition of the raw materials was changed as shown in Table 1.

Figure 0007005470000001
Figure 0007005470000001

(実施例5)
0.10mmolの酢酸銀(AgOAc)、0.11mmolのアセチルアセトナートインジウム(In(CHCOCHCOCH;In(acac))、0.038mmolのアセチルアセトナートガリウム(Ga(CHCOCHCOCH;Ga(acac))、及びセレン源として0.25mmolのセレノ尿素を、0.1cmの1-ドデカンチオールと0.29cmのオレイルアミンの混合液に投入して分散させた。分散液を、撹拌子とともに試験管に入れ、窒素置換を行った後、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、第一段階の熱処理として150℃で10分、第二段階の熱処理として300℃で10分の熱処理を実施した。熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、上澄みである分散液を取り出した。これに半導体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146mm、4000rpm、5分間)に付し、半導体ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに分散させて半導体ナノ粒子分散液を得た。原料の仕込み組成を表2に示す。
(Example 5)
0.10 mmol of silver acetate (AgOAc), 0.11 mmol of acetylacetonatoindium (In (CH 3 COCHCOCH 3 ) 3 ; In (acac) 3 ), 0.038 mmol of acetylacetonato gallium (Ga (CH 3 COCHCOCH 3 )) ) 3 ; Ga (acac) 3 ) and 0.25 mmol of selenourea as a source of selenium were added to a mixture of 0.1 cm 3 of 1-dodecanethiol and 0.29 cm of 3 of oleylamine and dispersed. The dispersion is placed in a test tube together with a stirrer, replaced with nitrogen, and then the contents in the test tube are stirred under a nitrogen atmosphere for 10 minutes at 150 ° C. as the first stage heat treatment. As the heat treatment, a heat treatment at 300 ° C. for 10 minutes was carried out. After the heat treatment, the obtained suspension was allowed to cool, and then subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes), and the dispersion liquid as the supernatant was taken out. Methanol was added to this until the semiconductor nanoparticles were precipitated, and the mixture was subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the semiconductor nanoparticles. The precipitate was taken out and dispersed in chloroform to obtain a semiconductor nanoparticle dispersion liquid. Table 2 shows the preparation composition of the raw materials.

(実施例5から8、比較例2、3)
原料の仕込み組成と、第二段階の熱処理温度(第一温度)とを表2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして半導体ナノ粒子分散液を得た。
(Examples 5 to 8, Comparative Examples 2 and 3)
A semiconductor nanoparticle dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition of the raw materials and the heat treatment temperature (first temperature) of the second stage were changed as shown in Table 2.

Figure 0007005470000002
Figure 0007005470000002

(平均粒径)
得られた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8万倍から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か所以上のTEM画像を選択し、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及び比較例において、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。平均粒径を表3に示す。
(Average particle size)
The shape of the obtained semiconductor nanoparticles is observed using a transmission electron microscope (TEM, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name H-7650), and the average particle size is 80,000 to 200,000 times. It was measured from the TEM image of. Here, as the TEM grid, the trade name High-Resolution Carbon HRC-C10 STEM Cu100P Grid (Oken Shoji Co., Ltd. was used. The shape of the obtained particles was spherical or polygonal. The average particle size was 3? Select the above TEM images and select all the nanoparticles contained in them that are measurable, that is, all the particles except those in which the image of the particles is cut off at the edge of the image. The particle size was determined by a method of measuring the particle size and calculating the arithmetic average. In all the examples including this example and the comparative example, the particle size of a total of 100 or more nanoparticles was determined using 3 or more TEM images. The average particle size measured is shown in Table 3.

(発光特性)
得られた半導体ナノ粒子について、吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトルは、ダイオードアレイ式分光光度計(アジレントテクノロジー社製、商品名Agilent 8453A)を用いて、波長を190nm以上1100nm以下として測定した。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PMA11)を用いて、励起波長365nmにて測定した。実施例1から4、及び比較例1の発光スペクトルを図1に、吸収スペクトルを図2に示す。実施例5、6及び比較例2、3の発光スペクトルを図3に、吸収スペクトルを図4に示す。実施例7、8の吸収スペクトル及び発光スペクトルを図5に示す。各発光スペクトルにて観察された急峻な発光ピークの発光ピーク波長(バンド端発光)、半値幅、発光量子収率、及びストークスシフト(吸収スペクトルから得られる吸収ピークのエネルギー値から発光スペクトルから得られる発光ピークのエネルギー値を差し引いたもの)を表3に示す。
(Light emission characteristics)
The absorption spectrum and emission spectrum of the obtained semiconductor nanoparticles were measured. The absorption spectrum was measured using a diode array spectrophotometer (manufactured by Agilent Technologies, trade name Agent 8453A) with a wavelength of 190 nm or more and 1100 nm or less. The emission spectrum was measured at an excitation wavelength of 365 nm using a multi-channel spectroscope (manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd., trade name PMA11). The emission spectra of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 1, and the absorption spectra are shown in FIG. The emission spectra of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 2 and 3 are shown in FIG. 3, and the absorption spectra are shown in FIG. The absorption spectra and emission spectra of Examples 7 and 8 are shown in FIG. It is obtained from the emission spectrum from the emission peak wavelength (band-end emission), half-value width, emission quantum yield, and Stokes shift (energy value of the absorption peak obtained from the absorption spectrum) of the steep emission peak observed in each emission spectrum. The energy value of the emission peak is subtracted) is shown in Table 3.

(X線回折パターン)
実施例1から4、及び比較例1で得られた半導体ナノ粒子についてX線回折(XRD)パターンを測定し、正方晶(カルコパイライト型)のAgInSe、及び斜方晶のAgInSeと比較した。測定したXRDパターンを図6に示す。実施例5、7、8で得られた半導体ナノ粒子についてX線回折(XRD)パターンを測定し、正方晶(カルコパイライト型)のAgInSe及びAgGaSe、並びに斜方晶のAgInSeと比較した。測定したXRDパターンを図7に示す。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。
(X-ray diffraction pattern)
X-ray diffraction (XRD) patterns were measured for the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 and compared with the tetragonal (chalcopyrite type) AgInSe 2 and the orthorhombic AgInSe 2 . .. The measured XRD pattern is shown in FIG. X-ray diffraction (XRD) patterns were measured for the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 5, 7 and 8 and compared with tetragonal (chalcopyrite type) AgInSe 2 and AgGaSe 2 and orthorhombic AgInSe 2 . .. The measured XRD pattern is shown in FIG. The XRD pattern was measured using a powder X-ray diffractometer (trade name: SmartLab) manufactured by Rigaku Corporation.

Figure 0007005470000003
Figure 0007005470000003

AgとInとSeとを含み、合成時におけるAgのInに対する仕込み比が0.43を越え、第二段階の熱処理温度である第一温度が250℃である実施例1から4で得られた半導体ナノ粒子は、半値幅が250meV以下のバンド端発光を示した。一方、AgのInに対する仕込み比が0.43以下である比較例1で得られた半導体ナノ粒子は、バンド端発光を示さず、幅広な欠陥発光を示した。
AgとInとGaとSeとを含み、合成時におけるAgのIn及びGaに対する仕込み比が0.43を越え、第二段階の熱処理温度である第一温度が200℃を越える実施例5及び6で得られた半導体ナノ粒子は、半値幅が250meV以下のバンド端発光を示した。一方、第一温度が200℃以下である比較例2及び3で得られた半導体ナノ粒子は、バンド端発光を示さず、幅広な欠陥発光を示した。
AgとInとGaとSeとを含む半導体ナノ粒子であって、InのIn及びGaに対する仕込み比が小さくなると、バンド端発光を維持しつつ、発光ピーク波長が短波長にシフトした。
Obtained in Examples 1 to 4 containing Ag, In and Se, the charging ratio of Ag to In at the time of synthesis exceeded 0.43, and the first temperature, which is the heat treatment temperature of the second stage, was 250 ° C. The semiconductor nanoparticles showed band-end emission with a half-value width of 250 meV or less. On the other hand, the semiconductor nanoparticles obtained in Comparative Example 1 in which the charging ratio of Ag to In was 0.43 or less did not show band-end emission and showed wide defect emission.
Examples 5 and 6 containing Ag, In, Ga and Se, the charging ratio of Ag to In and Ga at the time of synthesis exceeds 0.43, and the first temperature, which is the heat treatment temperature of the second stage, exceeds 200 ° C. The semiconductor nanoparticles obtained in 1 above showed band-end emission with a half-value width of 250 meV or less. On the other hand, the semiconductor nanoparticles obtained in Comparative Examples 2 and 3 having a first temperature of 200 ° C. or lower did not show band-end emission and showed wide defect emission.
In the case of semiconductor nanoparticles containing Ag, In, Ga, and Se, when the charging ratio of In to In and Ga became small, the emission peak wavelength shifted to a short wavelength while maintaining band-end emission.

(実施例9、10)
酢酸銀(AgOAc)、酢酸リチウム(LiOAc)、酢酸インジウム(In(OAc))、及びセレノ尿素((NHCSe)を下表のように試験管に採取した。これに溶媒として、0.1cmの1-ドデカンチオールと2.9cmのオレイルアミンを加えた。試験管に撹拌子を入れて窒素置換し、窒素雰囲気下で、試験管内の内容物を撹拌しながら、第一段階の熱処理として150℃で10分、第二段階の熱処理として300℃で10分の熱処理を実施した。熱処理後、得られた懸濁液を放冷した後、遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、上澄みと沈殿に分離した。上澄みと沈殿のそれぞれをメタノール3mL、エタノール3mLで洗浄し、再び遠心分離(半径146mm、4000rpm、5分間)に付し、半導体ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに分散させて半導体ナノ粒子分散液を得た。
(Examples 9 and 10)
Silver acetate (AgOAc), lithium acetate (LiOAc), indium acetate (In (OAc) 3 ), and selenourea ((NH 2 ) 2 CSe) were collected in test tubes as shown in the table below. To this, 0.1 cm 3 of 1-dodecanethiol and 2.9 cm 3 of oleylamine were added as solvents. A stirrer is placed in the test tube to replace it with nitrogen, and the contents in the test tube are stirred in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 10 minutes as the first stage heat treatment and 300 ° C. for 10 minutes as the second stage heat treatment. The heat treatment was carried out. After the heat treatment, the obtained suspension was allowed to cool, and then subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to separate into a supernatant and a precipitate. The supernatant and the precipitate were washed with 3 mL of methanol and 3 mL of ethanol, respectively, and subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) again to precipitate the semiconductor nanoparticles. The precipitate was taken out and dispersed in chloroform to obtain a semiconductor nanoparticle dispersion liquid.

Figure 0007005470000004
Figure 0007005470000004

得られた半導体ナノ粒子について、上記と同様にして平均粒径、発光特性、及びX線回折(XRD)パターンを測定した。結果を表5に示す。また、図8に400nmで規格化した吸収スペクトルを、図9に発光スペクトル(励起光365nm)を、図10にXRDパターンを示す。 The average particle size, emission characteristics, and X-ray diffraction (XRD) pattern of the obtained semiconductor nanoparticles were measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 5. Further, FIG. 8 shows an absorption spectrum normalized at 400 nm, FIG. 9 shows an emission spectrum (excitation light 365 nm), and FIG. 10 shows an XRD pattern.

Figure 0007005470000005
Figure 0007005470000005

図8の吸収スペクトルから、仕込みにおけるLi比(Li/(Ag+Li))が大きくなると、吸収端波長が短波長にシフトしている。したがって、アルカリ金属(Li)とAgの固溶化ができたと考えられる。図9に示す実施例10の発光スペクトルでは欠陥発光と思われる1000nm付近のピークは見られなかった。図10のXRDパターンから、仕込みにおけるLi比が大きくなると、高角度側へピークがシフトすることが確認された。これにより、アルカリ金属(Li)とAgの固溶化ができたと考えられる。 From the absorption spectrum of FIG. 8, when the Li ratio (Li / (Ag + Li)) in the preparation increases, the absorption edge wavelength shifts to a shorter wavelength. Therefore, it is considered that the alkali metal (Li) and Ag could be solid-dissolved. In the emission spectrum of Example 10 shown in FIG. 9, a peak near 1000 nm, which seems to be defective emission, was not observed. From the XRD pattern of FIG. 10, it was confirmed that the peak shifts to the high angle side as the Li ratio in the preparation increases. It is considered that this allowed the solid dissolution of the alkali metal (Li) and Ag.

(実施例11から13)
酢酸銀(AgOAc)、アセチルアセトナートインジウム(In(acac))、アセチルアセトナートガリウム(Ga(acac))、粉末硫黄(S)、セレノ尿素((NHCSe)を下表の通りに試験管に量り取り、オレイルアミン2.75mL、1-ドデカンチオール0.25mLを加えて試験管内を窒素置換した。300℃で10分間加熱撹拌し、室温まで放冷した。遠心分離(4000rpm、5分間)し、得られた上澄みを20μmメッシュのメンブレンフィルターで濾過した。これに半導体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146mm、4000rpm、5分間)に付し、半導体ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに分散させて半導体ナノ粒子分散液を得た。
(Examples 11 to 13)
Silver acetate (AgOAc), acetylacetonatoindium (In (acac) 3 ), acetylacetonato gallium (Ga (acac) 3 ), powdered sulfur (S), selenourea ((NH 2 ) 2 CSe) are shown in the table below. Weighed into a test tube as per, and 2.75 mL of oleylamine and 0.25 mL of 1-dodecanethiol were added to replace the inside of the test tube with nitrogen. The mixture was heated and stirred at 300 ° C. for 10 minutes and allowed to cool to room temperature. Centrifugation (4000 rpm, 5 minutes) was performed, and the obtained supernatant was filtered through a 20 μm mesh membrane filter. Methanol was added to this until the semiconductor nanoparticles were precipitated, and the mixture was subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the semiconductor nanoparticles. The precipitate was taken out and dispersed in chloroform to obtain a semiconductor nanoparticle dispersion liquid.

Figure 0007005470000006
Figure 0007005470000006

得られた半導体ナノ粒子について、上記と同様にして平均粒径、及び発光特性を測定した。結果を表7に示す。また、図11に365nmで規格化した吸収スペクトルを、図12に発光スペクトル(励起光365nm)を示す。 The average particle size and emission characteristics of the obtained semiconductor nanoparticles were measured in the same manner as above. The results are shown in Table 7. Further, FIG. 11 shows an absorption spectrum normalized at 365 nm, and FIG. 12 shows an emission spectrum (excitation light 365 nm).

Figure 0007005470000007
Figure 0007005470000007

(実施例14から16)
実施例1同様にして作製した半導体ナノ粒子及び実施例11と12で得られた半導体ナノ粒子をそれぞれ1.0×10-5mmol分取し、溶媒を減圧乾燥した。アセチルアセトナートガリウム(Ga(acac))5.33×10-5mmolとチオ尿素5.33×10-5mmolとを量り取り、オレイルアミン3.0mLを加えて試験管内を窒素置換した。300℃で15分間加熱撹拌し、室温まで放冷した。遠心分離(4000rpm、5分間)して沈殿を除去。上澄みは20μmメッシュのメンブレンフィルターで濾過した。メタノールを加えて遠心分離(4000rpm、5分間)をし、得られた沈殿にエタノールを加えて遠心分離(4000rpm、5分間)をして沈殿としてコアシェル型半導体ナノ粒子を得た。次いで沈殿にクロロホルムを加えてコアシェル型半導体ナノ粒子を分散した。
(Examples 14 to 16)
The semiconductor nanoparticles prepared in the same manner as in Example 1 and the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 11 and 12 were separated by 1.0 × 10-5 mmol, respectively, and the solvent was dried under reduced pressure. Acetylacetonatogallium (Ga (acac) 3 ) 5.33 × 10-5 mmol and thiourea 5.33 × 10-5 mmol were weighed, and 3.0 mL of oleylamine was added to replace the inside of the test tube with nitrogen. The mixture was heated and stirred at 300 ° C. for 15 minutes and allowed to cool to room temperature. Centrifuge (4000 rpm, 5 minutes) to remove the precipitate. The supernatant was filtered through a 20 μm mesh membrane filter. Methanol was added and centrifuged (4000 rpm, 5 minutes), and ethanol was added to the obtained precipitate and centrifuged (4000 rpm, 5 minutes) to obtain core-shell type semiconductor nanoparticles as a precipitate. Chloroform was then added to the precipitate to disperse the core-shell semiconductor nanoparticles.

得られた半導体ナノ粒子について、上記と同様にして平均粒径、及び発光特性を測定した。結果を表8に示す。また、実施例15及び実施例16について、図13に365nmで規格化した吸収スペクトルを、図14に発光スペクトル(励起光365nm)を示す。 The average particle size and emission characteristics of the obtained semiconductor nanoparticles were measured in the same manner as above. The results are shown in Table 8. Further, for Examples 15 and 16, the absorption spectrum normalized at 365 nm is shown in FIG. 13, and the emission spectrum (excitation light 365 nm) is shown in FIG.

Figure 0007005470000008
Figure 0007005470000008

(実施例17、18)
酢酸銀(AgOAc)、アセチルアセトナートインジウム(In(acac))、アセチルアセトナートガリウム(Ga(acac))、粉末硫黄(S)、セレノ尿素((NHCSe)を下表の通りに試験管に量り取り、オレイルアミン2.75mL、1-ドデカンチオール0.25mLを加えて試験管内を窒素置換した。300℃で10分間加熱撹拌し、室温まで放冷した。遠心分離(4000rpm、5分間)して上澄みと沈殿に分け、上澄みは20μmメッシュのメンブレンフィルターで濾過した。これに半導体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146mm、4000rpm、5分間)に付し、半導体ナノ粒子を沈殿させた。沈殿物を取り出して、クロロホルムに分散させて半導体ナノ粒子分散液を得た。
(Examples 17 and 18)
Silver acetate (AgOAc), acetylacetonatoindium (In (acac) 3 ), acetylacetonato gallium (Ga (acac) 3 ), powdered sulfur (S), selenourea ((NH 2 ) 2 CSe) are shown in the table below. Weighed into a test tube as per, and 2.75 mL of oleylamine and 0.25 mL of 1-dodecanethiol were added to replace the inside of the test tube with nitrogen. The mixture was heated and stirred at 300 ° C. for 10 minutes and allowed to cool to room temperature. Centrifugation (4000 rpm, 5 minutes) was performed to separate the supernatant and the precipitate, and the supernatant was filtered through a 20 μm mesh membrane filter. Methanol was added to this until the semiconductor nanoparticles were precipitated, and the mixture was subjected to centrifugation (radius 146 mm, 4000 rpm, 5 minutes) to precipitate the semiconductor nanoparticles. The precipitate was taken out and dispersed in chloroform to obtain a semiconductor nanoparticle dispersion liquid.

Figure 0007005470000009
Figure 0007005470000009

得られた半導体ナノ粒子について、上記と同様にして平均粒径、及び発光特性を測定した。結果を表10に示す。また、図15に400nmで規格化した吸収スペクトルを、図16に発光スペクトル(励起光365nm)を示す。 The average particle size and emission characteristics of the obtained semiconductor nanoparticles were measured in the same manner as above. The results are shown in Table 10. Further, FIG. 15 shows an absorption spectrum normalized at 400 nm, and FIG. 16 shows an emission spectrum (excitation light 365 nm).

Figure 0007005470000010
Figure 0007005470000010

(実施例19から20)
実施例17、18で得られた半導体ナノ粒子を用いたこと以外は、実施例14と同様にしてコアシェル型半導体ナノ粒子を得た。
(Examples 19 to 20)
Core-shell type semiconductor nanoparticles were obtained in the same manner as in Example 14 except that the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 17 and 18 were used.

実施例19と20で得られた半導体ナノ粒子について、上記と同様にして平均粒径、及び発光特性を測定した。結果を表11に示す。また、図17に400nmで規格化した吸収スペクトルを、図18に発光スペクトル(励起光365nm)を示す。 With respect to the semiconductor nanoparticles obtained in Examples 19 and 20, the average particle size and the light emission characteristics were measured in the same manner as described above. The results are shown in Table 11. Further, FIG. 17 shows an absorption spectrum normalized at 400 nm, and FIG. 18 shows an emission spectrum (excitation light 365 nm).

Figure 0007005470000011
Figure 0007005470000011

(実施例21)
実施例20で得られたコアシェル型半導体ナノ粒子について、500nmでの吸光度が1.5となるように分散液の濃度を調整した。濃度を調整した分散液1.5mLに、窒素雰囲気のグローブボックス中で、トリオクチルホスフィン(TOP)1.5mLを加えて充分に撹拌した。遮光状態で一日静置してTOP処理された半導体ナノ粒子を得た。
(Example 21)
For the core-shell type semiconductor nanoparticles obtained in Example 20, the concentration of the dispersion was adjusted so that the absorbance at 500 nm was 1.5. To 1.5 mL of the dispersion having an adjusted concentration, 1.5 mL of trioctylphosphine (TOP) was added in a glove box in a nitrogen atmosphere, and the mixture was sufficiently stirred. The semiconductor nanoparticles were TOP-treated by allowing them to stand in a light-shielded state for one day.

実施例21で得られた半導体ナノ粒子について、上記と同様にして発光特性を測定した。図19に発光スペクトル(励起光365nm)を示す。 The emission characteristics of the semiconductor nanoparticles obtained in Example 21 were measured in the same manner as above. FIG. 19 shows an emission spectrum (excitation light 365 nm).

Claims (6)

Ag塩と、In塩と、Ga塩と、Se供給源と、有機溶剤とを含み、S供給源を含まない混合物を、200℃を超えて370℃以下の範囲にある温度にて熱処理して、半導体ナノ粒子を得ることを含み、
前記混合物におけるIn及びGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.07以上2.5以下である半導体ナノ粒子の製造方法。
A mixture containing Ag salt, In salt, Ga salt, Se source, and organic solvent and not containing S source is heat-treated at a temperature in the range of more than 200 ° C and 370 ° C or less. Including obtaining semiconductor nanoparticles,
A method for producing semiconductor nanoparticles in which the ratio of the atomic number of Ag to the total atomic number of In and Ga in the mixture is 0.07 or more and 2.5 or less.
前記混合物を、30℃以上190℃以下の範囲にある温度にて1分以上15分以下で熱処理した後に、200℃を超えて370℃以下の範囲にある温度にて更に熱処理する請求項1に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。 The first aspect of claim 1 is that the mixture is heat-treated at a temperature in the range of 30 ° C. or higher and 190 ° C. or lower for 1 minute or more and 15 minutes or less, and then further heat-treated at a temperature in the range of more than 200 ° C. and 370 ° C. or lower. The method for producing semiconductor nanoparticles according to the above. 前記混合物は、アルカリ金属塩を更に含み、
前記混合物におけるアルカリ金属及びAgの原子数の合計に対する前記アルカリ金属の原子数の比が1未満である請求項1又は2に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。
The mixture further comprises an alkali metal salt and
The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 1 or 2, wherein the ratio of the number of atoms of the alkali metal to the total number of atoms of the alkali metal and Ag in the mixture is less than 1.
Ag塩と、In塩と、Ga塩と、Se供給源と、S供給源と、有機溶剤とを混合物を、200℃を超えて370℃以下の範囲にある温度にて熱処理して、半導体ナノ粒子を得ることを含み、
前記混合物におけるIn及びGaの原子数の合計に対するAgの原子数の比が0.43を超えて、2.5以下であり、
前記混合物における前記Se供給源に含まれるSeの原子数及びS供給源に含まれるSの原子数の合計に対するSの原子数の比が0.4以上1未満である半導体ナノ粒子の製造方法。
A mixture of Ag salt, In salt, Ga salt, Se source, S source, and organic solvent is heat-treated at a temperature in the range of more than 200 ° C and 370 ° C to achieve semiconductor nanoparticles. Including getting particles
The ratio of the number of atoms of Ag to the total number of atoms of In and Ga in the mixture is more than 0.43 and 2.5 or less.
A method for producing semiconductor nanoparticles in which the ratio of the number of atoms of S to the total number of atoms of Se contained in the Se source and the number of atoms of S contained in the S source in the mixture is 0.4 or more and less than 1.
前記混合物を、30℃以上190℃以下の範囲にある温度にて1分以上15分以下で熱処理した後に、200℃を超えて370℃以下の範囲にある温度にて更に熱処理する請求項4に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。 According to claim 4, the mixture is heat-treated at a temperature in the range of 30 ° C. or higher and 190 ° C. or lower for 1 minute or more and 15 minutes or less, and then further heat-treated at a temperature in the range of more than 200 ° C. and 370 ° C. or lower. The method for producing semiconductor nanoparticles according to the above. 前記混合物は、アルカリ金属塩を更に含み、
前記混合物におけるアルカリ金属及びAgの原子数の合計に対する前記アルカリ金属の原子数の比が1未満である請求項4又は5に記載の半導体ナノ粒子の製造方法。
The mixture further comprises an alkali metal salt and
The method for producing semiconductor nanoparticles according to claim 4 or 5, wherein the ratio of the number of atoms of the alkali metal to the total number of atoms of the alkali metal and Ag in the mixture is less than 1.
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