JP7072169B2 - ナノ粒子集合体とその製造方法 - Google Patents
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Description
ナノ粒子の集合体であって、各ナノ粒子が発光層と障壁層とを含み、1つのナノ粒子内に厚さの異なる複数の発光層が含まれるナノ粒子集合体
が提供される。
16 1次結晶、 17 2次結晶、 26 ポート、 27 シリンジ、
28 温度測定部、 29 ヒータ、 33 温度センサ、 34 ヒータ、
35 撹拌機構、 36,37 吸気口、 38 排気口、 39 フラスコ、
工程a. ZnOS結晶(S組成:0.2)の合成
例えば図3Aに示す容器を用い、熱分解法による液相成長でZnOS結晶を作製する。溶媒であるオレイルアミン(10mL)にZn材料の酢酸亜鉛(2.0mmol)、S材料の硫黄(0.4mmol)を添加し、加熱して合成温度130℃で1時間、250℃で1時間、300℃で1時間、N2雰囲気下で合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、S組成20% 格子定数a=3.37A、粒子サイズ10nmのZnOS結晶を作製した。ZnOS結晶は以後の工程で下地結晶として用いる。
例えば図3Bに示す高圧容器中に、溶媒ベンゼン(6mL)、In材料としてInI3(0.1mmol)、Ga材料としてGaI3(0.1mmol)、窒素材料としてNaNH2(2.0mmol)、ヘキサデシルアミン(0.2mmol)、ZnOS下地結晶(85mg)を投入し、合成温度300度、1時間でInGaN発光層の合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、ZnOS下地結晶上にInGaN発光層(Ga組成:0.5)を作製した。発光層はZnOS下地結晶全面は覆っておらず、2-5nm程度のサイズでの互いに独立な粒子として存在していた。
高圧容器中に、溶媒ベンゼン(6mL)、In材料としてInI3(0.12mmol)、Al材料としてAlI3 (0.08mmol) 、窒素材料としてNaNH2(2.0mmol)、工程bで作成したInGaN発光層付きZnOS結晶(100mg)を投入し、合成温度300℃、1時間で合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、InGaN発光層上にAl組成40% 格子定数a=3.37AのInAlN障壁層を作製した。
工程a. ZnOS結晶(S組成:0.2)の合成
熱分解法により成長下地用のZnOS結晶を作製する。溶媒オレイルアミン(10mL)にZn材料の酢酸亜鉛(2.0mmol)、S材料の硫黄(0.4mmol)を添加し、合成温度130℃-1時間、250℃-1時間、300℃-1時間、N2雰囲気下で合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、S組成20% 格子定数a=3.37A、粒子サイズ10nmのZnOS結晶を作製した。最終的にメタノールを加え、分散液として回収する。
高圧容器中に、溶媒ベンゼン(6mL)、In材料としてInI3(0.12mmol)、Al材料としてAlI3 (0.08mmol) 、窒素材料としてNaNH2(2.0mmol)、ZnOS結晶(65mg)を投入し、合成温度300℃で3時間で合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、ZnOSシード上に独立したInAlN障壁層(Al組成:0.4)を作製した。
ZnOS上に作製したInAlN島間の空隙部からZnOS結晶をウェットエッチングにより除去する。エッチング液は、たとえば純水および塩酸(濃度:36容量%)を容量比100:1で混合したもの(希塩酸)を用いる。これにより、ZnOS結晶が除去され、サイズ5nm程度のInAlN障壁層領域(以後ナノ粒子とも呼ぶ)のみが残される。
高圧容器中に、溶媒ベンゼン(6mL)、In材料としてInI3(0.1mmol)、Ga材料としてGaI3(0.1mmol) 、窒素材料としてNaNH2(2.0mmol)、ヘキサデシルアミン(0.2mmol)、工程cで作製したInAlNナノ粒子(65mg)を投入し合成温度300℃-1時間で、InGaN発光層(Ga組成:0.5)の合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、InAlNナノ粒子上にInGaN発光層(Ga組成:0.5)を作製した。発光層はナノ粒子全面を覆っておらず、2-3nm程度のサイズで独立して存在していた。
高圧容器中に、溶媒ベンゼン(6mL)、In材料としてInI3(0.1mmol)、Al材料としてAlI3 (0.1mmol) 、窒素材料としてNaNH 2 (2.0mmol)、ヘキサデシルアミン(0.2mmol)、InGaN発光層を形成したInAlNナノ粒子(85mg)を投入し合成温度300℃-1時間でInAlN障壁層の合成を行った。合成後、トルエンとエタノールにより遠心分離で洗浄し、InGaN発光層を覆うInAlN障壁層(Al組成0.4)を作製した。
Claims (14)
- 下地結晶と、
前記下地結晶の表面上に形成した複数の発光層と、
を含み、
前記複数の発光層は、互いに独立に存在し、前記下地結晶の表面のうち異なる面方位に成長し、厚みの異なる発光層を含む、
ナノ粒子集合体。
- 前記複数の発光層上に、さらに障壁層を有する請求項1に記載のナノ粒子集合体。
- 前記発光層と前記障壁層が窒化物半導体である、請求項2に記載のナノ粒子集合体。
- 前記各ナノ粒子が、Znを含むII-VI族半導体で形成された下地結晶を含む、請求項2または3に記載のナノ粒子集合体。
- 前記各ナノ粒子は、ZnOSで形成された下地結晶と、前記下地結晶表面に成長された第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層と、を含み、
前記第1の窒化物半導体層は、前記下地結晶のm面上に成長したものであり、
前記第2の窒化物半導体層は、前記下地結晶のc面上に成長したものである、
請求項2~4のいずれか1項に記載のナノ粒子集合体。
- 前記各ナノ粒子が、発光機能を有さないIII-V族半導体で形成された下地結晶を含む、請求項2または3に記載のナノ粒子集合体。
- 前記各ナノ粒子は、発光機能を有さない窒化物半導体で形成された下地結晶と、前記下地結晶表面に成長された第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層と、を含み、
前記第1の窒化物半導体層は、前記下地結晶のm面上に成長したものであり、
前記第2の窒化物半導体層は、前記下地結晶のc面上に成長したものである、
請求項2,3,5のいずれか1項に記載のナノ粒子集合体。
- 多数の1次ナノ結晶を液相成長する第1工程と、
前記多数の1次ナノ結晶の各表面上であって異なる面方位を有する表面上に、発光機能を有し、且つ、前記1次ナノ結晶表面に互いに独立な粒子として複数のIII‐V族半導体の2次結晶を異なる面方位ごとにそれぞれ異なる成長速度によって液相成長する第2工程と、
前記2次結晶の各表面を覆う保護層を液相成長する第3工程と、
を含むナノ結晶集合体の製造方法。
- 前記第1工程がII-VI族半導体混晶を成長する常圧の液相成長工程である、請求項8に記載のナノ結晶集合体の製造方法。
- 前記第2、第3工程が耐圧容器を用いた加圧液相成長工程である請求項8又は9に記載のナノ粒子集合体の製造方法。
- 前記第1工程が発光機能を有さないIII-V族半導体混晶を耐圧容器を用いて加圧下で行う液相成長工程である、請求項8に記載のナノ結晶集合体の製造方法。
- 前記第1工程が、
多数の予備ナノ結晶を液相成長する第1予備工程と、
前記多数の予備ナノ結晶の各表面上に1次結晶を液相成長する第2予備工程と、
前記予備ナノ結晶を前記1次結晶から除去する第3予備工程と、
を含む、請求項8~11のいずれか1項に記載のナノ結晶集合体の製造方法。
- 前記予備ナノ結晶がII-VI族半導体混晶であり、前記1次結晶が発光機能を有さないIII-V族半導体混晶である請求項12に記載のナノ粒子集合体の製造方法。
- 前記予備ナノ結晶がZnOSであり、前記1次結晶がInAlNである請求項13に記載のナノ粒子集合体の製造方法。
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