KR101057270B1 - Group 13 nitride semiconductor particle phosphor and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

종래의 발명의 반도체 입자 형광체에서는, 매체에서의 분산성이 나쁘고, 또한 적색, 녹색, 청색의 형광을 나타내지 않으며, 이들을 혼색하여 백색 발광을 얻을 수 없다. 또한, 이 제조 방법은 합성 공정이 복잡하고, 특히 반도체 입자의 조성·입경의 제어에는 합성 수법의 정밀한 제어를 필요로 한다. 따라서, 반도체 입자로서 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 나노 결정 입자 (11)을 형성하고, 헤테로 원자를 포함하는 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물 (12)에서 이 나노 결정 입자 (11)을 피복하여 이루어지는 분산성이 높은 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)을 제공한다. 또한, 상기 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 간단한 제조 방법을 제공한다.In the semiconductor particle fluorescent substance of the conventional invention, dispersibility in a medium is bad, and red, green, and blue fluorescence is not exhibited, and it cannot mix and obtain white light emission. In addition, this manufacturing method is complicated in the synthesis process, and in particular, the control of the composition and particle size of the semiconductor particles requires precise control of the synthesis method. Accordingly, the nanocrystalline particles 11 are formed as a semiconductor particle containing a bond between a Group 13 element and a nitrogen atom, and the nanocrystalline particles in the surface-modified organic compound 12 having a molecular weight of 200 to 500 containing a hetero atom. The dispersibility Group 13 nitride semiconductor particle phosphor 10 formed by covering (11) is provided. Furthermore, the simple manufacturing method of the said group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance 10 is provided.

13족 질화물 반도체 입자 형광체, 여기자 보어 반경, 발광 강도, 나노 결정 입자 Group 13 nitride semiconductor particle phosphor, exciton bore radius, luminescence intensity, nanocrystal particle

Description

13족 질화물 반도체 입자 형광체 및 그의 제조 방법 {GROUP 13 NITRIDE SEMICONDUCTOR PARTICLE PHOSPHOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}Group 13 nitride semiconductor particle phosphor and its manufacturing method {GROUP 13 NITRIDE SEMICONDUCTOR PARTICLE PHOSPHOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 반도체 입자 형광체 및 그의 제조 방법에 관한 것이고, 상세하게는 발광 강도, 발광 효율을 향상시킨 13족 질화물 반도체 입자 형광체, 및 합성 절차가 간편하고 합성 수율이 높은 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor particle phosphor and a method for producing the same, and specifically, to a group 13 nitride semiconductor particle phosphor having improved luminous intensity and luminous efficiency, and a group 13 nitride semiconductor particle phosphor having a simple synthesis procedure and high synthesis yield. It is about a method.

반도체 나노 결정 입자(이하 "나노 결정 입자"라 함)를 여기자 보어(Bohr) 반경 정도로 작게 하면 양자 크기 효과를 나타내는 것이 알려져 있다. 양자 크기 효과란 물질의 크기가 작아지면 그 중의 전자는 자유롭게 운동할 수 없게 되고, 이러한 상태에서는 전자의 에너지는 임의가 아닌 특정한 값밖에 수득할 수 없게 되는 것이다. 예를 들면, 여기자 보어 반경 정도의 나노 결정 입자로부터 발생하는 광의 파장은 치수가 작아질수록 단파장이 된다. When semiconductor nanocrystal particles (hereinafter referred to as " nano crystal particles ") are excited to a small bore radius, it is known to exhibit a quantum size effect. The quantum size effect means that as the size of the material becomes smaller, the electrons therein cannot freely move, and in this state, the energy of the electrons can only be obtained at a specific value, not arbitrary. For example, the wavelength of light generated from nanocrystalline particles having a radius of exciton bore becomes shorter as the dimension becomes smaller.

그러나 이러한 효과가 나타나는 나노 결정 입자의 표면은 당링 본드(dangling bond; 미결합손)가 지배적이기 때문에 표면 결함이 발생하고 있다. 따라서, 나노 결정 입자를 그 에너지갭보다 큰 에너지갭을 갖는 반도체 재료로 덮음으로써, 나노 결정 입자의 표면 결함을 캡핑하는 기술이 제안되어 있다(비특허 문헌 1(Yun Wei Cao and Uri Banin저("Growth and Properties of Semiconductor Core/Shell Nanocrystals with InAs Cores" Journal of American Chemical Society 2000, 122, 9692-9702) American Chemical Society 출판) 참조). 구체적으로는, InAs를 포함하는 나노 결정 입자를 반도체 코어로 하고, GaAs, InP, CdSe를 보호 반도체 쉘로서 반도체 코어/보호 반도체 쉘 구조를 취하는 것이 제안되어 있다. However, surface defects occur because the surface of the nanocrystalline particles exhibiting such effects is dominated by dangling bonds. Therefore, a technique of capping the surface defects of nanocrystalline particles by covering the nanocrystalline particles with a semiconductor material having an energy gap larger than the energy gap has been proposed (Non-Watt et al. 1 (Yun Wei Cao and Uri Banin et al. Growth and Properties of Semiconductor Core / Shell Nanocrystals with InAs Cores "Journal of American Chemical Society 2000, 122, 9692-9702). Specifically, it is proposed to take a semiconductor core / protective semiconductor shell structure using nanocrystalline particles containing InAs as a semiconductor core and GaAs, InP, and CdSe as protective semiconductor shells.

또한, 내수성, 광학 특성 등을 향상시키기 위해서 연결 유기 잔기를 통해 아미노기를 결합한 반도체 초미립자를 합성하는 것이 시도되고 있다(특허 문헌 1(일본 특허 공개 제2002-38145호 공보) 참조). Moreover, in order to improve water resistance, optical characteristics, etc., the synthesis | combination of the semiconductor ultrafine particle which couple | bonded the amino group via the linking organic residue is tried (refer patent document 1 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-38145)).

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 제2002-38145호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-38145

비특허 문헌 1: Yun Wei Cao and Uri Banin저("Growth and Properties of Semiconductor Core/Shell Nanocrystals with InAs Cores" Journal of American Chemical Society 2000, 122, 9692-9702) American Chemical Society 출판[Non-Patent Document 1] Published by American Chemical Society, Yun Wei Cao and Uri Banin ("Growth and Properties of Semiconductor Core / Shell Nanocrystals with InAs Cores" Journal of American Chemical Society 2000, 122, 9692-9702)

<발명의 개시><Start of invention>

<발명이 해결하고자 하는 과제>Problems to be Solved by the Invention

비특허 문헌 1에 기재되어 있는 여러 가지 보호 반도체 쉘로 피복되어 있는 반도체 코어는, 주로 근적외 영역에서의 발광 파장을 갖고 있다. 따라서, 이 반도체 코어는 여기 광원으로서 GaN계 반도체의 발광 소자에 의해 여기되어 적색, 녹색, 청색의 형광을 나타낼 수 없고, 이들을 혼색하여 백색 발광을 얻을 수 없다.The semiconductor core covered with the various protective semiconductor shells described in Non Patent Literature 1 mainly has a light emission wavelength in the near infrared region. Therefore, this semiconductor core is excited by a light emitting element of a GaN semiconductor as an excitation light source and cannot exhibit red, green, and blue fluorescence, and cannot mix and obtain white light emission.

또한, 특허 문헌 1에 기재된 반도체 초미립자는 연결 유기 잔기를 나노 결정 입자에 결합시키기 때문에, 결합력이 약하여 나노 결정 입자를 완전히 보호하고, 표면 결함을 개선하기에는 충분치 않다. 또한, 연결 유기 잔기는 직쇄상이고, 나노 결정 입자를 분산시키는 능력이 약하여 응집되어 버려, 나노 결정 입자 계면에서의 결함에 의해 효율이 저하된다. 또한, 연결 유기 잔기에 의한 나노 결정 입자의 입경 제어는 불가능하다.In addition, since the semiconductor ultrafine particles described in Patent Document 1 bind the linking organic moiety to the nanocrystalline particles, the bonding strength is weak, which is not sufficient to completely protect the nanocrystalline particles and to improve the surface defects. In addition, the linking organic residue is linear, has a weak ability to disperse the nanocrystalline particles, aggregates, and decreases efficiency due to defects at the interface of the nanocrystalline particles. In addition, it is impossible to control the particle size of the nanocrystalline particles by the linking organic residue.

본 발명은 상기 상황을 감안하여 나노 결정 입자의 표면 결함을 캡핑함으로써, 유기 화합물이 견고하게 결합하고, 분산성이 높으며, 발광 효율이 높고 신뢰성이 우수한 13족 질화물 반도체 입자 형광체, 및 그의 간편한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above situation, the present invention provides a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor which is organically bonded firmly, has high dispersibility, high luminous efficiency, and high reliability by capping surface defects of nanocrystalline particles, and a simple manufacturing method thereof. The purpose is to provide.

<과제를 해결하기 위한 수단>Means for solving the problem

본 발명은 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 나노 결정 입자에 헤테로 원자를 포함하는 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물로 피복하여 이루어지는 13족 질화물 반도체 입자 형광체에 관한 것이다. The present invention relates to a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor formed by coating a nanocrystalline particle including a bond between a Group 13 element and a nitrogen atom with a surface-modified organic compound having a molecular weight of 200 to 500.

여기서, 표면 수식 유기 화합물이 아민, 특히 3급 아민인 것이 바람직하다. 표면 수식 유기 화합물의 질소 원자가 나노 결정 입자의 13족 원소에 배위하는 것이 바람직하다. 또한, 표면 수식 유기 화합물이 2종 이상의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that a surface modified organic compound is an amine, especially tertiary amine. It is preferable that the nitrogen atom of a surface modified organic compound coordinates with the group 13 element of a nanocrystal particle. Moreover, it is preferable that a surface modified organic compound contains 2 or more types of compounds.

또한, 본 발명은 나노 결정 입자의 13족 원소가 2종 이상의 원소로 구성될 수 있다. In addition, in the present invention, the Group 13 element of the nanocrystalline particles may be composed of two or more elements.

또한, 본 발명은 나노 결정 입자의 입경이 여기자 보어 반경의 2배 이하인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the particle diameter of the nanocrystalline particles is not more than twice the radius of the excitation bore.

또한, 본 발명은 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 나노 결정 입자에 표면 수식 유기 화합물로 피복하여 이루어지는 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 제조 방법이며, 적어도 13족 원소와 질소와의 결합을 갖는 화합물과, 헤테로 원자를 포함하여 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물을 혼합한 합성 용액을 가열하는 공정에 의해 나노 결정 입자의 입경을 제어하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 제조 방법을 제공한다. 여기서, 표면 수식 유기 화합물은 2종 이상 사용할 수 있다. In addition, the present invention is a method for producing a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor formed by coating a nanocrystalline particle containing a bond between a Group 13 element and a nitrogen atom with a surface-modified organic compound, wherein at least the Group 13 element and nitrogen are bonded to each other. Provided is a method for producing a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor which controls the particle size of nanocrystalline particles by a step of heating a synthetic solution containing a compound having and a surface-modified organic compound having a molecular weight of 200 to 500, including a hetero atom. . Here, 2 or more types of surface modified organic compounds can be used.

또한, 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 화합물이 바람직하게는 In 화합물 및/또는 Ga 화합물이다. Moreover, the compound containing the bond of group 13 element and nitrogen atom is preferably an In compound and / or Ga compound.

본 발명은 합성 용액의 용매로서 탄화수소계를 사용할 수 있다. The present invention can use a hydrocarbon system as the solvent of the synthesis solution.

또한, 본 발명은 합성 용액을 가열하는 온도가 바람직하게는 180 내지 500 ℃이다. 또한, 합성 용액을 가열하는 합성 시간이 바람직하게는 6 내지 72 시간이다. Moreover, in this invention, the temperature which heats a synthesis solution becomes like this. Preferably it is 180-500 degreeC. In addition, the synthesis time for heating the synthesis solution is preferably 6 to 72 hours.

<발명의 효과>Effect of the Invention

나노 결정 입자와 표면 수식 유기 화합물을 포함하는 와이드갭의 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 제공한다. 본 발명의 13족 질화물 반도체 입자 형광체에 있어서, 헤테로 원자를 포함하고 또한 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물은, 나노 결정 입자 표면에 견고하게 결합하고, 나노 결정 입자의 표면 결함을 보호한다. 또한, 나노 결정 입자끼리는 유기 분자층으로 격리되어, 나노 결정 입자끼리 응집하지 않고 분산성이 양호하고 형광체를 응용할 때에 취급이 용이하다. 또한, 나노 결정 입자의 표면은 표면 수식 유기 화합물에 견고하게 보호되어 있기 때문에, 여기 광원에 의한 열화에 강하고, 결과적으로 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 발광 강도는 향상된다. Provided is a wide-gap Group 13 nitride semiconductor particle phosphor containing nanocrystalline particles and a surface-modified organic compound. In the group 13 nitride semiconductor particle phosphor of the present invention, the surface-modified organic compound containing a hetero atom and having a molecular weight of 200 to 500 is firmly bonded to the surface of the nanocrystalline particles, and protects the surface defects of the nanocrystalline particles. In addition, the nanocrystal particles are separated from each other by the organic molecular layer, and the nanocrystal particles do not aggregate with each other, and the dispersibility is good, and handling is easy when the phosphor is applied. In addition, since the surface of the nanocrystalline particles is firmly protected by the surface-modified organic compound, it is resistant to deterioration due to the excitation light source, and consequently, the luminescence intensity of the group 13 nitride semiconductor particle phosphor is improved.

또한, 본 발명의 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 제조 방법에 따르면, 합성 용매 중에서 반응시키고, 표면 수식 유기 화합물을 적당히 선택함으로써 나노 결정 입자의 입경을 제어할 수 있다. 또한, 기상 합성보다 공정이 적고, 또한 액상으로 합성과 동시에 나노 결정 입자 표면을 보호할 수 있어 표면 결함이 적고, 분산성이 좋은, 표면 수식된 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 1 단계에서 합성할 수 있고, 대량 합성이 가능해진다. Moreover, according to the manufacturing method of the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance of this invention, the particle diameter of a nanocrystal particle can be controlled by making it react in a synthetic solvent and selecting surface-modified organic compound suitably. In addition, the surface-modified Group 13 nitride semiconductor particle phosphor, which has fewer processes than gas phase synthesis and protects the surface of nanocrystal particles simultaneously with synthesis in liquid phase, has less surface defects and has good dispersibility, can be synthesized in one step. Mass synthesis is possible.

[도 1] 본 발명의 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 모식도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance of this invention.

[도 2] 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 발광 특성을 나타내는 발광 강도와 나노 결정 입자 입경과의 관계를 나타낸 도면이다. Fig. 2 is a graph showing the relationship between the luminescence intensity showing the luminescence properties of group 13 nitride semiconductor particle phosphors and the particle size of nanocrystal grains.

[도 3] 비교예 1에서 합성한 반도체 입자 형광체의 모식도이다. 3 is a schematic view of a semiconductor particle phosphor synthesized in Comparative Example 1. FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

10: 13족 질화물 반도체 입자 형광체, 10: group 13 nitride semiconductor particle phosphor,

11: 나노 결정 입자, 11: nanocrystalline particles,

12: 표면 수식 유기 화합물. 12: surface modified organic compound.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>Best Mode for Carrying Out the Invention

<13족 질화물 반도체 입자 형광체> <Group 13 nitride semiconductor particle phosphor>

이하, 본 발명에 의한 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 구조를 도 1에 기초하여 설명한다. 본 발명에 의한 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)은 나노 결정 입자 (11)을 표면 수식 유기 화합물 (12)로 피복한 구성이다. 이 피복에는 나노 결정 입자 (10)에 표면 수식 유기 화합물 (12)의 헤테로 원자가 배위 결합하는 화학 결합과, 물리 흡착에 의한 결합이 모두 기여한다고 생각된다. Hereinafter, the structure of the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance which concerns on this invention is demonstrated based on FIG. The group 13 nitride semiconductor particle phosphor 10 according to the present invention is a structure in which the nanocrystalline particles 11 are coated with the surface-modified organic compound 12. It is thought that both the chemical bond which the hetero atom of the surface modification organic compound 12 coordinates to this nanocrystal particle 10, and the bond by physical adsorption contribute to this coating | cover.

<<나노 결정 입자>> << nanocrystal grain >>

본 발명의 나노 결정 입자는 반도체의 나노 결정 입자이고, 13족 원소(B, Al, Ga, In, Tl)의 적어도 1종 이상과 질소 원자와의 결합을 포함하는 화합물이다. 나노 결정 입자로서 특히 바람직한 것은 GaN, InN, AlN, InGaN, InAlN, GaAlN, InAlGaN이다. The nanocrystalline particles of the present invention are nanocrystalline particles of a semiconductor, and are compounds containing a bond between at least one or more of Group 13 elements (B, Al, Ga, In, Tl) and nitrogen atoms. Particularly preferred as nanocrystalline particles are GaN, InN, AlN, InGaN, InAlN, GaAlN, InAlGaN.

해당 나노 결정 입자에는 의도하지 않는 불순물을 포함할 수도 있고, 또한 저농도이면 도펀트로서 2족 원소(Be, Mg, Ca, Sr, Ba), Zn 또는 Si 중 적어도 어느 하나를 의도적으로 첨가할 수도 있다. 도펀트의 농도 범위는 1×1016 원자/cm3으로부터 1×1021 원자/cm3 사이가 특히 바람직하고, 또한 바람직하게 이용되는 도펀트는 Mg, Zn, Si이다.The nanocrystal particles may contain unintended impurities, and at low concentrations, at least one of Group 2 elements (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), Zn, or Si may be intentionally added as a dopant. The concentration range of the dopant is particularly preferably between 1 × 10 16 atoms / cm 3 and 1 × 10 21 atoms / cm 3 , and the dopants preferably used are Mg, Zn, and Si.

해당 나노 결정 입자는 상술한 조성만을 포함하는 단일 입자 구조일 수도, 다른 조성의 1 이상의 반도체 쉘에 의해서 포함된 반도체 코어/반도체 쉘 구조일 수도 있다. The nanocrystalline particles may be a single particle structure containing only the above-described composition or may be a semiconductor core / semiconductor shell structure contained by one or more semiconductor shells of different compositions.

해당 나노 결정 입자가 반도체 코어/반도체 쉘 구조일 때는, 반도체 코어는 가장 밴드갭이 작은 조성의 반도체, 예를 들면 InN으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 반도체 쉘(반도체 쉘이 2 이상인 적층체인 경우에는, 내각측으로부터 제1쉘, 제2쉘이라 함)의 밴드갭은 반도체 코어보다도 큰 것이 바람직하다. 반도체 쉘은 반도체 코어의 내각을 전부 포함하고 있을 필요는 없고, 또한 피복 두께에 분포가 있을 수도 있다.When the nanocrystal particles have a semiconductor core / semiconductor shell structure, the semiconductor core is preferably a semiconductor having a smallest band gap, for example, InN. In addition, it is preferable that the bandgap of a semiconductor shell (it is a 1st shell and a 2nd shell from an inner side when a semiconductor shell is two or more laminated bodies) is larger than a semiconductor core. The semiconductor shell does not need to contain all of the cabinet cores of the semiconductor core, and may have a distribution in the coating thickness.

본 발명의 나노 결정 입자가 반도체 코어/반도체 쉘 구조인 경우에는 TEM 관찰을 행하고, 고배율에서의 관찰상에 의해 격자상을 확인함으로써 반도체 코어의 입경 및 반도체 쉘의 두께를 확인할 수 있다. In the case where the nanocrystalline particles of the present invention have a semiconductor core / semiconductor shell structure, TEM observation is performed, and the grain size of the semiconductor core and the thickness of the semiconductor shell can be confirmed by checking the lattice shape by the observation image at high magnification.

해당 반도체 코어의 평균 입경은, X선 회절 측정의 결과 스펙트럼 반가폭보다 통상 5 내지 6 nm로 어림잡을 수 있고, 이는 여기자 보어 반경의 2배 이하의 미립자이며, 반도체 쉘의 두께는 1 내지 10 nm의 범위로 조정된다. 여기서, 반도체 쉘의 두께가 1 nm보다 작으면 반도체 코어의 표면을 충분히 피복할 수 없으며, 양자 차광의 효과가 약해지기 때문에 바람직하지 않다. 한편 10 nm보다 크면 반도체 쉘을 균일하게 만드는 것이 어려워져 결함이 증가하고 원재료 비용의 측면에서도 바람직하지 않다. The average particle diameter of the semiconductor core can be approximated to 5 to 6 nm, typically less than twice the spectral half-width as a result of X-ray diffraction measurement, which are fine particles twice the radius of the exciton bore, and the thickness of the semiconductor shell is 1 to 10 nm. Is adjusted to the range of. Here, when the thickness of the semiconductor shell is smaller than 1 nm, it is not preferable because the surface of the semiconductor core cannot be sufficiently covered and the effect of quantum light shielding is weakened. On the other hand, if it is larger than 10 nm, it becomes difficult to make the semiconductor shell uniform, resulting in increased defects and undesirable in terms of raw material cost.

본 발명에 있어서, 나노 결정 입자를 반도체 코어/반도체 쉘 구조로 한 경우에, 반도체 여기광의 에너지는 외층의 반도체 쉘에 의해서 흡수되고, 이어서 반도체 쉘에 의해서 주위를 둘러싼 반도체 코어로 천이한다. 여기서, 반도체 코어의 입경은 양자 크기 효과를 가질 정도로 작기 때문에, 반도체 코어는 이산화한 복수 의 에너지 준위만 얻을 수 있지만, 하나의 준위가 되는 경우도 있다. 반도체 코어로 천이한 광 에너지는 전도대의 기저 준위와 가전자대의 기저 준위 사이에서 천이하고, 그 에너지에 상당하는 파장의 광이 발광한다. In the present invention, in the case where the nanocrystalline particles have a semiconductor core / semiconductor shell structure, the energy of semiconductor excitation light is absorbed by the semiconductor shell of the outer layer, and then transitions to the surrounding semiconductor core by the semiconductor shell. Here, since the particle diameter of the semiconductor core is small enough to have a quantum size effect, the semiconductor core can obtain only a plurality of discretized energy levels, but may be one level. Light energy transferred to the semiconductor core changes between the base level of the conduction band and the base level of the valence band, and light of a wavelength corresponding to the energy emits light.

나노 결정 입자(나노 결정 입자가 반도체 코어/반도체 쉘 구조시에는 반도체 코어)의 밴드갭은 1.8 내지 2.8 eV의 범위에 있는 것이 바람직하고, 적색 형광체로서 이용하는 경우에는 1.85 내지 2.5 eV, 녹색 형광체로서 이용하는 경우에는 2.3 내지 2.5 eV, 청색 형광체로서 이용하는 경우에는 2.65 내지 2.8 eV의 범위가 특히 바람직하다. 또한, 13족 원소의 혼정의 비율을 조정함으로써 형광체의 색을 결정한다. 이에 따라, 나노 결정 입자의 13족 원소가 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. It is preferable that the band gap of the nanocrystalline particles (the semiconductor core when the nanocrystalline particles are a semiconductor core / semiconductor shell structure) is in the range of 1.8 to 2.8 eV, and when used as a red phosphor, 1.85 to 2.5 eV is used as a green phosphor. In the case of 2.3-2.5 eV, and when used as a blue fluorescent substance, the range of 2.65-2.8 eV is especially preferable. In addition, the color of the phosphor is determined by adjusting the ratio of mixed crystals of the Group 13 elements. Therefore, it is preferable that the group 13 element of a nanocrystal particle contains 2 or more types.

나노 결정 입자의 입경은 0.1 nm 내지 100 nm의 범위인 것이 바람직하고, 0.5 nm 내지 50 nm의 범위가 특히 바람직하며, 1 내지 20 nm의 범위가 더욱 바람직하다. The particle diameter of the nanocrystalline particles is preferably in the range of 0.1 nm to 100 nm, particularly preferably in the range of 0.5 nm to 50 nm, and even more preferably in the range of 1 to 20 nm.

나노 결정 입경(나노 결정 입자가 반도체 코어/반도체 쉘 구조시에는 반도체 코어 직경)이 여기자 보어 반경의 2배 이하일 때, 그 발광 강도가 극단적으로 향상된다. 보어 반경이란, 여기자의 존재 확률의 확대를 나타내는 것으로, 수학식 1로 표시된다. 예를 들면, GaN의 여기자 보어 반경은 3 nm 정도, InN의 여기자 보어 반경은 7 nm 정도이다. When the nanocrystal grain size (nano crystal grain is a semiconductor core / semiconductor shell structure, the diameter of the semiconductor core) is less than twice the radius of the excitation bore, the emission intensity is extremely improved. The bore radius represents the expansion of the existence probability of the excitons and is represented by the following equation. For example, the exciton bore radius of GaN is about 3 nm, and the exciton bore radius of InN is about 7 nm.

y= 4πεh2·me2 y = 4πεh 2 · me 2

여기서here

y: 보어 반경, y: bore radius,

ε: 유전율, ε: permittivity,

h: 프랭크 상수, h: Frank's constant,

m: 유효 질량, m: effective mass,

e: 전하소량e: small amount of charge

이다. to be.

나노 결정 입자를 형광체로서 이용하는 경우, 나노 결정 입자의 입경이 여기자 보어 반경의 2배 이하가 되면 양자 크기 효과에 의해 광학적인 밴드갭이 넓어지지만, 그 경우에도 상술한 밴드갭 범위에 있는 것이 바람직하다. In the case where the nanocrystalline particles are used as phosphors, when the particle diameter of the nanocrystalline particles becomes less than twice the radius of the excitation bore, the optical bandgap is widened due to the quantum size effect. .

<<표면 수식 유기 화합물>> << surface modified organic compound >>

본 발명의 표면 수식 유기 화합물은 분자 중에 친수기와 소수기를 갖는 화합물로 정의된다. 여기서, 소수기는 비극성 탄화수소를 포함하고, 약 10 내지 40개의 탄소 원자를 포함하는 지방족 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 지방족 화합물은 포화 지방산인 것이 바람직하지만, 산소 원자, 이중 결합, 또는 아미드, 에스테르, 그 밖의 관능기가 포함될 수도 있다. 또한, 소수기는 방향족 탄화수소 잔기나 지환식 화합물일 수도 있다. 표면 수식 유기 화합물의 친수기로는 질소 함유 관능기(니트로기, 아미노기 등), 황 함유 관능기(술포기 등), 카르복실기, 아미드 기, 포스핀기, 포스핀옥시드기, 수산기 등을 들 수 있다. The surface modified organic compound of the present invention is defined as a compound having a hydrophilic group and a hydrophobic group in a molecule. Here, the hydrophobic group preferably comprises an aliphatic compound containing a nonpolar hydrocarbon and containing about 10 to 40 carbon atoms. Although the aliphatic compound is preferably a saturated fatty acid, an oxygen atom, a double bond, or an amide, an ester, or other functional group may be included. In addition, the hydrophobic group may be an aromatic hydrocarbon residue or an alicyclic compound. Examples of the hydrophilic group of the surface-modified organic compound include nitrogen-containing functional groups (nitro groups, amino groups, etc.), sulfur-containing functional groups (sulfo groups and the like), carboxyl groups, amide groups, phosphine groups, phosphine oxide groups, hydroxyl groups and the like.

표면 수식 유기 화합물은 분자 중에 수소, 산소, 탄소 이외를 포함할 수 있고, 분자량이 200 내지 500이다. 친수기 또는 소수기 중 어느 하나 또는 양쪽에 헤테로 원자를 가질 수도 있지만, 적어도 친수기에는 헤테로 원자를 갖고 있는 것이 바람직하다. 이 때 헤테로 원자와 소수기 사이에 극성이 생성됨으로써, 친수기의 헤테로 원자가 나노 결정 입자에 배위 결합하는 힘이 커진다. 또한, 표면 수식 유기 화합물에 포함되는 헤테로 원자, 특히 질소 원자가 나노 결정 입자의 13족 원소에 배위함으로써, 나노 결정 입자 표면의 13족 원소의 미결합손에 의한 결함을 캡핑할 수 있고, 동시에 나노 결정 입자끼리의 응집을 방지할 수 있는 것이라고 생각된다. 또한, 반데르발스힘, 이온 결합, 수소 결합 등에 의한 분자간력에 의해서 표면 수식 유기 화합물의 소수기도 나노 결정 입자와 결합하는 것이라고 여겨진다. 단, 이 분자간력은 상술한 배위 결합보다 약한 결합이라고 여겨진다. 이상과 같이나노 결정 입자를 덮는 표면 수식 유기 화합물을 포함하는 유기 분자층이 발생한다. Surface-modified organic compounds may contain other than hydrogen, oxygen, carbon in the molecule, the molecular weight is 200 to 500. Although it may have a hetero atom in either or both of a hydrophilic group and a hydrophobic group, it is preferable that at least a hydrophilic group has a hetero atom. At this time, the polarity is generated between the hetero atom and the hydrophobic group, thereby increasing the coordination force of the hetero atom of the hydrophilic group to the nanocrystalline particles. In addition, by coordinating hetero atoms, particularly nitrogen atoms, contained in the surface-modified organic compound with Group 13 elements of the nanocrystalline particles, defects due to unbonded loss of Group 13 elements on the surface of the nanocrystalline particles can be capped, and at the same time, nanocrystals It is thought that the aggregation of the particles can be prevented. In addition, it is considered that hydrophobic groups of surface-modified organic compounds are bonded to nanocrystalline particles by intermolecular forces by van der Waals forces, ionic bonds, hydrogen bonds, and the like. However, this intermolecular force is considered to be weaker than the coordination bond mentioned above. As described above, an organic molecular layer containing a surface-modified organic compound covering the nanocrystalline particles is generated.

본 발명의 표면 수식 유기 화합물의 분자량은, 주로 소수기의 분자량에 의해서 변동한다. 분자량이 200 미만인 경우, 소수기가 짧은 지방쇄나 분자량이 작은 방향족인 표면 수식 유기 화합물이 되고, 나노 결정 입자를 보호하는 힘이 약해지는 경향이 있다. 또한, 분자량이 500을 초과하는 경우, 소수기는 긴 지방쇄나 분자량이 큰 방향족이 되기 때문에, 반데르발스힘, 이온 결합, 수소 결합 등에 의해서 소수쇄끼리의 분자간력이 강해지는 현상이 일어나고, 결과적으로 표면 수식 유 기 화합물끼리 강하게 결합하고, 나노 결정 입자를 약하게 응집시키는 경향이 있다. The molecular weight of the surface modified organic compound of this invention fluctuates mainly by the molecular weight of a hydrophobic group. When the molecular weight is less than 200, the hydrophobic group becomes a surface-modified organic compound having a short aliphatic chain or a small molecular weight aromatic, and the force for protecting the nanocrystalline particles tends to be weakened. In addition, when the molecular weight exceeds 500, hydrophobic groups become long fatty chains or aromatics having large molecular weights, so that the intermolecular forces between the hydrophobic chains become strong due to van der Waals forces, ionic bonds, hydrogen bonds, and the like. Surface-modified organic compounds tend to bind strongly and weakly aggregate the nanocrystalline particles.

즉, 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 분자량이 200 내지 500일 때에, 나노 결정 입자 표면에 표면 수식 유기 화합물이 견고하게 결합되고, 나노 결정 입자의 표면 결함을 보호하며, 나노 결정 입자끼리 상술한 유기 분자층으로 격리할 수 있다. 그리고 결과적으로 13족 질화물 반도체 입자 형광체는 분산되고 응집하지 않는다. 그리고 취급이 용이하고, 13족 질화물 반도체 입자 형광체는 견고하게 표면을 보호하고 있기 때문에, 여기 광원에 의한 열화에 강하고, 형광체로서의 발광 강도를 향상시킬 수 있다. That is, when the molecular weight of the group 13 nitride semiconductor particle phosphor is 200 to 500, the surface-modified organic compound is firmly bonded to the surface of the nanocrystal particles, the surface defects of the nanocrystal particles are protected, and the organic molecules described above with each other among the nanocrystal particles. Can be separated into layers. As a result, the group 13 nitride semiconductor particle phosphor is dispersed and does not aggregate. And since it is easy to handle and the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance is firmly protecting the surface, it is strong to deterioration by an excitation light source, and can improve the light emission intensity as a fluorescent substance.

표면 수식 유기 화합물은 소수기로서의 비극성 탄화수소 말단과, 친수기로서의 아미노기를 갖는 화합물인 아민인 것이 바람직하다. 이는 헤테로 원자인 질소와, 소수기, 예를 들면 지방족 화합물 사이에 질소-탄소 원자 사이의 전기적 극성이 발생하고, 표면 수식 유기 화합물이 나노 결정 입자 표면에 견고하게 부착된다고 생각되기 때문이다. 또한, 질소 원자는 결합손을 3개 갖기 때문에, 1 내지 3개의 소수쇄를 갖는 표면 수식 유기 화합물을 선택할 수 있다. 또한, 표면 수식 유기 화합물은 지방족 아민이 바람직하지만, 방향족 아민이 포함될 수도 있다.It is preferable that a surface modified organic compound is an amine which is a compound which has a nonpolar hydrocarbon terminal as a hydrophobic group, and an amino group as a hydrophilic group. This is because electrical polarity between nitrogen-carbon atoms is generated between nitrogen, which is a hetero atom, and a hydrophobic group, for example, an aliphatic compound, and it is thought that the surface-modified organic compound is firmly attached to the surface of the nanocrystalline particles. In addition, since the nitrogen atom has three bonds, it is possible to select a surface-modified organic compound having 1 to 3 hydrophobic chains. The surface modified organic compound is preferably an aliphatic amine, but may also contain an aromatic amine.

본 발명에 있어서, 표면 수식 유기 화합물은 3급 아민인 것이 특히 바람직하다. 이는 3개의 소수성 말단을 갖게 되기 때문에, 표면 수식 유기 화합물로 피복하는 나노 결정 입자를 양호하게 분산시킬 수 있기 때문이다. In the present invention, the surface-modified organic compound is particularly preferably a tertiary amine. This is because it has three hydrophobic ends, so that the nanocrystalline particles coated with the surface-modified organic compound can be dispersed well.

3급 아민의 소수쇄가 전부 지방족인 경우에는, 모든 소수쇄의 길이(분자량) 는 동등한 것이 바람직하다. 즉, 질소 원자를 축으로, 끝이 일치된 비의 가지와 같은 구조가 바람직하다. 이는 나노 결정 입자를 일정한 간격으로 보호하는 이유 때문이다. 또한, 3급 아민의 1개의 소수쇄는 탄소수가 5 내지 11개인 직선상의 포화 지방산인 것이 바람직하다. In the case where all of the hydrophobic chains of the tertiary amines are aliphatic, the lengths (molecular weights) of all the hydrophobic chains are preferably equivalent. That is, the structure like the branch of the ratio which matched the tip with a nitrogen atom as an axis is preferable. This is because of protecting nanocrystalline particles at regular intervals. Further, it is preferable that one hydrophobic chain of the tertiary amine is a linear saturated fatty acid having 5 to 11 carbon atoms.

바람직한 3급 아민의 예로는 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 트리운데실아민 등이 있다. Examples of preferred tertiary amines include tripentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, trinonylamine, tridecylamine, triundecylamine and the like.

또한, 본 발명의 표면 수식 유기 화합물은 2종 이상의 화합물의 혼합물이 바람직하다. 이는 1 종류의 표면 수식 유기 화합물로는 불가능한, 나노 결정 입자를 견고하게 보호할 수 있는 것이 예상되기 때문이다. In addition, the surface-modified organic compound of the present invention is preferably a mixture of two or more kinds of compounds. This is because it is expected that the nanocrystalline particles can be firmly protected, which is impossible with one kind of surface-modified organic compound.

본 발명의 유기 분자층의 두께는, 고배율에서의 TEM 관찰의 관찰상에 의해 확인할 수 있다. 유기 분자층은 0.1 내지 50 nm의 범위인 것이 바람직하고, 0.5 내지 20 nm의 범위가 특히 바람직하며, 1 내지 10 mn의 범위가 더욱 바람직하다. The thickness of the organic molecular layer of this invention can be confirmed by the observation image of TEM observation in high magnification. The organic molecular layer is preferably in the range of 0.1 to 50 nm, particularly preferably in the range of 0.5 to 20 nm, still more preferably in the range of 1 to 10 mn.

<13족 원소 화합물의 제조 방법> <Method for Producing Group 13 Elemental Compound>

본 발명에 있어서, 13족 원소 화합물은 나노 결정 입자의 전구체로, 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 화합물이다. 이하, 분자 중에 상기 13족 원소 화합물인 인듐 원자와 질소 원자와의 결합을 갖는 In 화합물 및 갈륨 원자와 질소 원자와의 결합을 갖는 Ga 화합물을 이용한 나노 결정 입자의 전구체의 제조 방법을 예로 들어 설명한다. 하기 화학 반응식 1 내지 3에 의해 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체, 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 및 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨을 합성할 수 있다. In the present invention, the Group 13 element compound is a precursor of nanocrystalline particles, and is a compound containing a bond between a Group 13 element and a nitrogen atom. Hereinafter, the manufacturing method of the precursor of a nanocrystal particle using the In compound which has the bond of the said group 13 element compound and the nitrogen atom in the molecule, and the Ga compound which has the bond of a gallium atom and a nitrogen atom is demonstrated as an example. . Tris (dimethylamino) indium dimer, tris (dimethylamino) gallium dimer, and hexa (dimethylamino) indium gallium can be synthesize | combined by following Chemical Reaction Formulas 1-3.

리튬디메틸아미드와 삼염화인듐을 n-헥산의 용매 중에서 교반하면서 반응 온도 5 내지 30 ℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 ℃에서, 24 내지 120 시간, 더욱 바람직하게는 48 내지 72 시간 동안 반응시킨다. 반응 종료 후, 부생성물인 염화리튬을 제거하고, 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체를 취출한다. 이 반응을 화학식 1로 나타낸다. Lithium dimethylamide and indium trichloride are reacted at a reaction temperature of 5 to 30 ° C., more preferably 10 to 25 ° C., for 24 to 120 hours, more preferably for 48 to 72 hours with stirring in a solvent of n-hexane. After the reaction is completed, lithium chloride as a by-product is removed, and tris (dimethylamino) indium dimer is taken out. This reaction is represented by the formula (1).

Figure 112008074191374-pct00001
Figure 112008074191374-pct00001

동일한 방법으로 리튬디메틸아미드와 삼염화갈륨을 n-헥산 용매 중에서 교반하면서 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체를 합성한다. 이 반응을 화학식 2로 나타낸다. In the same manner, tris (dimethylamino) gallium dimer is synthesized while stirring lithium dimethylamide and gallium trichloride in an n-hexane solvent. This reaction is represented by the formula (2).

Figure 112008074191374-pct00002
Figure 112008074191374-pct00002

이어서 상기한 방법에 의해 합성한 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체와 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체를 n-헥산 용매 중에서 교반하면서, 합성 온도 5 내지 30 ℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 25 ℃에서, 24 내지 120 시간, 더욱 바람직하게는 48 내지 72 시간 동안 반응을 행하고, 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨을 취출하다. 이 반응을 화학식 3으로 나타낸다. Subsequently, while stirring the tris (dimethylamino) indium dimer and tris (dimethylamino) gallium dimer synthesize | combined by the above-mentioned method in n-hexane solvent, at the synthesis temperature of 5-30 degreeC, More preferably, it is 10-25 degreeC. The reaction is carried out for 24 to 120 hours, more preferably 48 to 72 hours, and hexa (dimethylamino) indium gallium is taken out. This reaction is represented by the formula (3).

Figure 112008074191374-pct00003
Figure 112008074191374-pct00003

리튬디메틸아미드와, 생성물의 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체, 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 및 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨은 반응성이 높기 때문에 전부 불활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. Since lithium dimethylamide, the tris (dimethylamino) indium dimer, tris (dimethylamino) gallium dimer, and hexa (dimethylamino) indium gallium of a product are highly reactive, it is preferable to carry out all in inert gas atmosphere.

<13족 질화물 반도체 입자 형광체의 제조 방법> <Method for producing group 13 nitride semiconductor particle phosphor>

<<나노 결정 입자가 단일 입자 구조인 경우>><< when nanocrystal grain is single grain structure >>

헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨과 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체를, 나노 결정 입자의 전구체로서 임의의 비율로 0.1 내지 10 질량%, 표면 수식 유기 화합물을 1 내지 50 질량% 포함하는 벤젠의 용액에 용해시키고(13족 질화물 반도체 입자 형광체의 성장), 혼합한 합성 용액을 충분히 교반한 후, 반응을 행한다. A solution of benzene containing hexa (dimethylamino) indium gallium and tris (dimethylamino) gallium dimer in an arbitrary ratio as a precursor of nanocrystalline particles, in an amount of 0.1 to 10% by mass, and 1 to 50% by mass of a surface-modified organic compound. Is dissolved (growth of group 13 nitride semiconductor particle phosphor), and the mixed synthetic solution is sufficiently stirred, followed by reaction.

이 반응은 불활성 가스 분위기 중에서 행하고, 합성 온도 180 내지 500 ℃, 더욱 바람직하게는 280 내지 400 ℃에서, 6 내지 72 시간, 더욱 바람직하게는 12 내지 48 시간, 상기 합성 용액을 교반하면서 가열을 행함으로써 완료한다. 이어서, 유기 불순물을 제거하기 위해서 n-헥산과 메탄올 무수물로 수회 세정을 행한다. 또한, 이 반응은 질화인듐·갈륨 혼정의 나노 결정 입자의 형성과, 그것을 표면 수식 유기 화합물로 피복하여 형성되는 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 형성이 동시에 진행된다. 이에 따라, 표면 수식 유기 화합물로 피복된 질화인듐·갈륨 혼정을 포함하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있다. The reaction is carried out in an inert gas atmosphere, and heating is carried out while stirring the synthesis solution at a synthesis temperature of 180 to 500 ° C, more preferably 280 to 400 ° C, for 6 to 72 hours, more preferably 12 to 48 hours. To complete. Subsequently, washing is performed several times with n-hexane and methanol anhydride to remove organic impurities. In addition, the reaction proceeds simultaneously with the formation of the indium nitride gallium mixed crystal nanocrystal particles and the formation of the group 13 nitride semiconductor particle phosphor formed by coating the same with a surface-modified organic compound. Thereby, the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance containing the indium nitride gallium mixed crystal coated with the surface modification organic compound can be obtained.

이 때, 상기 합성 용액 중 표면 수식 유기 화합물의 분자량이 커지면 질화인듐·갈륨 혼정 나노 결정 입자를 작게 할 수 있고, 반대로 표면 수식 유기 화합물의 분자량이 작아지면 질화인듐·갈륨 혼정 나노 결정 입자를 크게 할 수 있다. 이는 표면 수식 유기 화합물이 계면활성제로서의 기능도 갖는 것에 유래한다고 생각된다. 즉, 표면 수식 유기 화합물의 분자량이 커짐에 따라, 소수기의 길이나 입체적인 부피가 커지고, 표면 수식 유기 화합물은 응축하기 쉬워지며, 이에 따라 나노 결정 입자가 제조 과정에서 작아지는 것으로 생각된다. 본 발명과 같이 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물을 상술한 바와 같이 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 제조 방법에 이용함으로써, 나노 결정 입자의 입경을 수 nm 내지 수십 nm로 제어할 수 있다. At this time, if the molecular weight of the surface-modified organic compound in the synthesis solution is increased, the indium nitride / gallium mixed crystal nanocrystal particles can be made smaller. On the contrary, if the molecular weight of the surface-modified organic compound is decreased, the indium nitride / gallium mixed crystal nanocrystal particles can be made larger. Can be. It is thought that this originates in what surface-modified organic compound also has a function as surfactant. That is, as the molecular weight of the surface-modified organic compound increases, the length and three-dimensional volume of the hydrophobic group increases, and the surface-modified organic compound tends to be condensed, whereby it is thought that the nanocrystal particles become smaller in the manufacturing process. As described above, by using the surface-modified organic compound having a molecular weight of 200 to 500 as described above in the method for producing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor, the particle diameter of the nanocrystalline particles can be controlled to several nm to several tens of nm.

본 발명은 13족 원소 화합물을 표면 수식 유기 화합물을 포함하는 탄화수소계 용매에 용해시키고, 혼합한 합성 용액을 가열하여 1 단계에서 반응시키고, 임의적인 냉각 회수 공정을 거쳐 표면 수식 유기 화합물로 피복된 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 제조한다. The present invention dissolves a Group 13 element compound in a hydrocarbon solvent containing a surface-modified organic compound, heats the mixed solution, reacts in one step, and is coated with the surface-modified organic compound through an optional cooling recovery process. A group nitride semiconductor particle phosphor is produced.

또한, 본 발명에 있어서 표면 수식 유기 화합물과 그 원료는 화학 물질로서 동일하다. 따라서, 제조 공정에서 이용하는 표면 수식 유기 화합물로는 소수기로서의 비극성 탄화수소 말단과, 친수기로서의 아미노기를 갖는 화합물인 아민인 것이 바람직하다. 또한, 입경 제어를 위해 3급 아민인 것이 특히 바람직하다. 이는 3급 아민은 여러 가지 소수기의 길이나 입체적인 체적을 선택할 수 있고, 나노 결 정 입자의 크기의 제어를 행하기 쉽기 때문이다. 3급 아민의 구체예로서, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 트리운데실아민 등이 있다. In addition, in this invention, a surface modification organic compound and its raw material are the same as a chemical substance. Therefore, it is preferable that it is an amine which is a compound which has a nonpolar hydrocarbon terminal as a hydrophobic group and an amino group as a hydrophilic group as a surface modified organic compound used at a manufacturing process. It is also particularly preferred that it is a tertiary amine for particle size control. This is because the tertiary amine can select the length and three-dimensional volume of various hydrophobic groups, and it is easy to control the size of the nanocrystalline particles. Specific examples of the tertiary amine include tripentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, trinonylamine, tridecylamine, triundecylamine and the like.

또한, 본 발명에 있어서, 제조 공정에서 이용하는 표면 수식 유기 화합물은 2종 이상인 것이 바람직하다. 이는 이용하는 표면 수식 유기 화합물의 분자량의 크기에 따라 나노 결정 입자의 입경이 결정되는 것을 이용하여, 예를 들면 분자량이 다른 표면 수식 유기 화합물을 2종 이상 혼합하고, 조합하여 이용함으로써 나노 결정 입자의 입경을 조절, 제어할 수 있기 때문이다. 또한, 분자량이 다른 표면 수식 유기 화합물의 혼합하는 비율에 의해서 나노 결정 입자의 입경을 제어할 수 있다. 예를 들면, 분자량이 보다 큰 표면 수식 유기 화합물을 혼합하는 비율을 보다 높게 할수록 나노 결정 입자의 입경은 작아진다. In addition, in this invention, it is preferable that two or more types of surface modification organic compounds are used at a manufacturing process. The particle size of the nanocrystalline particles is determined by mixing two or more kinds of surface-modified organic compounds having different molecular weights and using them in combination, for example, by using the particle diameters of the nanocrystalline particles determined according to the size of the molecular weight of the surface modified organic compound to be used. This can be controlled and controlled. Moreover, the particle diameter of a nanocrystal particle can be controlled by the ratio of mixing of surface modified organic compounds from which molecular weight differs. For example, the particle diameter of nanocrystal grain | particles becomes small, so that the ratio which mixes the surface modified organic compound with larger molecular weight is made higher.

또한, 본 발명에 있어서는 탄소 원자와 수소 원자만을 포함하는 화합물 용액을 탄화수소계 용매라 부르도록 한다. 탄화수소계 용매의 예로는, n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄, 벤젠, 톨루엔, o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌 등이 있다. In addition, in this invention, the compound solution containing only a carbon atom and a hydrogen atom is called a hydrocarbon solvent. Examples of hydrocarbon solvents include n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene and the like. .

<<나노 결정 입자가 반도체 코어/반도체 쉘 구조인 경우>><< when nanocrystal particle is a semiconductor core / semiconductor shell structure >>

상술한 방법으로 제조한 탄화수소계 용매에 용해되어 있는 나노 결정 입자가 단일 입자 구조인 13족 질화물 반도체 입자 형광체에 대하여 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨과 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체를 임의의 비율로 합쳐 0.1 내지 10 질량% 혼합한다. 또한, 동시에 표면 수식 유기 화합물을 1 내지 50 질량% 혼합 하고, 제조한 합성 용액을 충분히 교반한 후, 반응을 행한다. The hexa (dimethylamino) indium gallium and tris (dimethylamino) gallium dimers are arbitrarily proportioned to the Group 13 nitride semiconductor particle phosphor in which the nanocrystalline particles dissolved in the hydrocarbon solvent prepared by the above-described method have a single particle structure. Combined and mixed 0.1-10 mass%. In addition, 1-50 mass% of surface modified organic compounds are mixed at the same time, reaction is performed, after fully preparing the prepared synthetic solution.

이 반응은 불활성 가스 분위기 중에서 행하고, 합성 온도 180 내지 500 ℃, 더욱 바람직하게는 280 내지 400 ℃에서, 6 내지 72 시간, 더욱 바람직하게는 12 내지 48 시간 동안 상기 합성 용액을 교반하면서 가열을 행한다. 반응 후에 유기불순물을 제거하기 위해서 n-헥산과 메탄올 무수물로 수회 세정을 행한다. This reaction is carried out in an inert gas atmosphere and is heated with stirring the synthesis solution at a synthesis temperature of 180 to 500 ° C, more preferably 280 to 400 ° C for 6 to 72 hours, more preferably 12 to 48 hours. In order to remove an organic impurity after reaction, it wash | cleans several times with n-hexane and methanol anhydride.

이 반응에 의해서 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 단일 입자 구조인 나노 결정 입자를 반도체 코어로 하여, 첨가한 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨과 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체를 재료로 하고, 반도체 쉘이 성장하고 반도체 코어/반도체 쉘 구조가 형성된다. By this reaction, the semiconductor shell is made of the hexa (dimethylamino) indium gallium and tris (dimethylamino) gallium dimer added as a material by using the nanocrystal particles which are the single particle structure of the group 13 nitride semiconductor particle phosphor as a semiconductor core. This grows and a semiconductor core / semiconductor shell structure is formed.

또한, 이 반응은 질화인듐·갈륨 혼정 반도체 코어/반도체 쉘 구조 나노 결정 입자의 형성과, 그것을 표면 수식 유기 화합물로 피복하여 형성되는 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 형성이 동시에 진행된다. In addition, the reaction proceeds simultaneously with the formation of the indium nitride gallium mixed crystal semiconductor core / semiconductor shell structure nanocrystal particles and the formation of a group 13 nitride semiconductor particle phosphor formed by coating the surface-modified organic compound.

또한, 이 조작을 반복함으로써 반도체 쉘을 몇층으로 하는 것도 가능하다. Moreover, it is also possible to make several layers of a semiconductor shell by repeating this operation.

이에 따라, 표면 수식 유기 화합물로 피복된 반도체 코어/반도체 쉘 구조의 나노 결정 입자가 질화인듐·갈륨 혼정을 포함하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있다. Thereby, the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance in which the nanocrystal particle of the semiconductor core / semiconductor shell structure coat | covered with the surface modification organic compound contains the indium gallium gallium mixed crystal can be obtained.

(실시예 1)(Example 1)

13족 질화물 나노 결정 입자의 입경이 2종의 표면 수식 유기 화합물을 이용함으로써 4 nm가 되도록, 이하의 수법에 의해 합성하였다. It synthesize | combined by the following method so that the particle diameter of group 13 nitride nanocrystal particle might be set to 4 nm by using two surface-modified organic compounds.

우선 상술한 화학식 1 내지 3에 나타내는 반응에 의해 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨을 합성하였다. First, hexa (dimethylamino) indium gallium was synthesize | combined by the reaction shown to the said General formulas 1-3.

또한, 리튬디메틸아미드 및 생성물의 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체, 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 및 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨은 반응성이 높기 때문에, 이하에 나타내는 반응은 전부 질소 가스 분위기 중에서 행하였다.In addition, since lithium dimethylamide and the tris (dimethylamino) indium dimer, tris (dimethylamino) gallium dimer, and hexa (dimethylamino) indium gallium of the product are highly reactive, all of the reactions shown below are in a nitrogen gas atmosphere. It was done.

우선, 글로브박스 내에서 리튬디메틸아미드 0.03 몰과 삼염화인듐 0.01 몰을 칭량하고, 이들을 n-헥산 중에서 교반하면서, 가열 온도 20 ℃에서 50 시간 동안 반응을 행하였다. 반응 종료 후, 부생성물인 염화리튬을 제거하고, 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체를 취출하였다(화학식 1). First, 0.03 mol of lithium dimethylamide and 0.01 mol of indium trichloride were weighed in a glove box, and the reaction was carried out at 20 ° C. for 50 hours while stirring them in n-hexane. After the reaction was completed, lithium chloride as a byproduct was removed, and tris (dimethylamino) indium dimer was taken out (Formula 1).

동일한 방법에 의해 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체를 합성하였다(화학식 2). 또한, 상술한 방법에 의해 합성한 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체 0.005 몰과 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 0.005 몰을 칭량하고, 이들을 n-헥산 중에서 교반하면서, 가열 온도 20 ℃에서 50 시간 동안 반응을 행하였다. 그 후, 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨을 취출하였다(화학식 3). Tris (dimethylamino) gallium dimer was synthesized by the same method (Formula 2). In addition, 0.005 mol of tris (dimethylamino) indium dimer and 0.005mol of tris (dimethylamino) gallium dimer synthesized by the above-described method were weighed, and these were stirred in n-hexane for 50 hours at a heating temperature of 20 ° C. The reaction was carried out. Thereafter, hexa (dimethylamino) indium gallium was taken out (formula 3).

이어서, 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨 0.02 몰과 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 0.03 몰을 표면 수식 유기 화합물로서의 트리노닐아민(분자량: 395.75) 25 g과 트리옥틸아민(분자량: 353.67) 5 g과의 혼합물 및 용매로서의 벤젠 200 ㎖를 포함하는 용액에 용해시켜 혼합한 합성 용액을 충분히 교반한 후, 반응을 행하였다(화학식 4). Subsequently, 0.02 mol of hexa (dimethylamino) indium gallium and 0.03 mol of tris (dimethylamino) gallium dimer were added to 25 g of trinonylamine (molecular weight: 395.75) and 5 g of trioctylamine (molecular weight: 353.67) as surface-modified organic compounds. The mixture was dissolved in a solution containing 200 ml of benzene as a solvent and a mixture, and the mixed solution was sufficiently stirred, followed by reaction (Formula 4).

Figure 112008074191374-pct00004
Figure 112008074191374-pct00004

이 반응에 의해서 질화인듐·갈륨 혼정 나노 결정 입자의 형성과, 그 표면을 표면 수식 유기 화합물로 피복하여 형성되는 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 형성이 동시에 진행되고, In0.2Ga0.8N/nN(C9H19)3, nN(C8H17)3(nN(C9H19)3 및 nN(C8H17)3의 2종의 표면 수식 유기 화합물로 피복된 In0.2Ga0.8N을 포함하는 나노 결정 입자 구조)을 형성하였다. By this reaction, the formation of the indium gallium mixed crystal nanocrystal particles and the formation of the group 13 nitride semiconductor particle phosphor formed by coating the surface with a surface-modified organic compound proceed simultaneously. In 0.2 Ga 0.8 N / nN (C 9 H 19 ) 3 , nN (C 8 H 17 ) 3 (in 0.2 Ga 0.8 N coated with two surface-modified organic compounds of nN (C 9 H 19 ) 3 and nN (C 8 H 17 ) 3 Nano crystal particle structure).

이 반응은 질소 가스 분위기하에서 행하고, 320 ℃에서 12 시간 동안 가열을 행함으로써 완료하였다. 상기 가열 중에는 상기 합성 용액을 교반자로 계속 교반하였다. 이어서, 유기 불순물을 제거하기 위해서 n-헥산과 메탄올 무수물로 3회 세정을 행하였다.This reaction was carried out in a nitrogen gas atmosphere and completed by heating at 320 ° C. for 12 hours. During the heating, the synthesis solution was continuously stirred with a stirrer. Subsequently, washing was performed three times with n-hexane and methanol anhydride to remove organic impurities.

이 실시예에서 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 나노 결정 입자는 질화인듐·갈륨 혼정이고, 그 표면을 2종의 표면 수식 유기 화합물로 균일하게 피복함으로써, 나노 결정 입자끼리는 응집되지 않고, 균일한 크기로 분산성이 높은 것이었다. The nanocrystal particles of the group 13 nitride semiconductor particle phosphor obtained in this example are indium gallium nitride mixed crystals, and the nanocrystal particles are not aggregated and uniform size is obtained by uniformly covering the surface with two surface-modified organic compounds. The dispersibility was high.

또한, 이 13족 질화물 반도체 입자 형광체에 있어서, 13족 질화물을 포함하는 청색 발광 소자를 여기 광원으로서 사용할 수 있고, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 mn의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, In0.2Ga0.8N을 포함하는 나 노 결정 입자는 발광 파장이 460 nm가 되도록 In 조성비가 조정되어 있기 때문에 청색 발광을 나타낼 수 있었다. 또한, 2종의 표면 수식 유기 화합물로 입경이 제어되어 있고, 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러(Scherrer)의 식(수학식 2)을 이용하면 4 nm로 어림잡을 수 있고, 나노 결정 입자는 양자 크기 효과를 나타내며, 발광 효율이 향상되었다. 또한, 이 실시예에서 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 수율은 95 %였다. In addition, in this Group 13 nitride semiconductor particle phosphor, a blue light emitting element containing a Group 13 nitride can be used as the excitation light source, and in particular, the emission of 405 mn of high external quantum efficiency can be efficiently absorbed. In addition, the nanocrystalline particles containing In 0.2 Ga 0.8 N could exhibit blue emission because the In composition ratio was adjusted so that the emission wavelength was 460 nm. In addition, the particle size is controlled by two kinds of surface-modified organic compounds, and as a result of X-ray diffraction measurement of the obtained Group 13 nitride semiconductor particle phosphor, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width is Scherrer. Using Equation 2, Equation 2 can be approximated to 4 nm, and the nanocrystalline particles show quantum size effects and the luminous efficiency is improved. In addition, the yield of the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance obtained in this Example was 95%.

B=λ/CosΘ·RB = λ / CosΘR

여기서 here

B: X선 반가폭[deg],B: X-ray half width [deg],

λ: X선의 파장[nm], λ: wavelength of the X-rays [nm],

Θ: 브래그(Bragg)각[deg], Θ: Bragg angle [deg],

R: 입경[mm]R: particle diameter [mm]

을 나타낸다. .

(실시예 2)(Example 2)

나노 결정 입자가 질화인듐·갈륨 혼정이고, 나노 결정 입자의 입경이 5 nm인 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 합성하는 수법이며, 표면 수식 유기 화합물로서, 트리옥틸아민 30 g을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서 청색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있었다. 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 nm의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, 나노 결정 입자는 발광 파장이 475 nm였다. A nanocrystal particle is a method of synthesizing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor having an indium nitride gallium mixed crystal and having a particle diameter of 5 nm, except that 30 g of trioctylamine is used as the surface-modified organic compound. The blue group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was obtained by the manufacturing method similar to the 1st. The obtained Group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was able to absorb especially 405 nm light emission with high external quantum efficiency especially. Further, the nanocrystalline particles had a light emission wavelength of 475 nm.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 5 nm로 어림잡을 수 있고, 발광 피크 강도는 종래의 질화인듐 반도체 입자 형광체에 비하여 약 5배로 향상되었다. 본 실시예의 제조 방법에 있어서는, 표면 수식 유기 화합물에 트리옥틸아민을 이용함으로써, 트리노닐아민과 트리옥틸아민과의 혼합물보다도 나노 결정 입자의 전구체를 응축하는 힘이 약해지고, 질화인듐·갈륨 혼정 나노 결정 입자가 커졌다고 생각하였다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be approximated to 5 nm using the Scherrer equation, and the emission peak intensity is lower than that of the conventional indium nitride semiconductor particle phosphor. It is about 5 times better. In the production method of this embodiment, by using trioctylamine as the surface-modified organic compound, the force of condensing the precursor of the nanocrystal grains becomes weaker than the mixture of trinonylamine and trioctylamine, and the indium nitride gallium mixed crystal nanocrystal It was thought that the particles became large.

(실시예 3)(Example 3)

나노 결정 입자가 질화인듐·갈륨 혼정이고, 나노 결정 입자의 입경이 2 nm인 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 합성하는 수법이며, 표면 수식 유기 화합물로서, 트리노닐아민 30 g을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서 청색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있었다. 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 mn의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, 나노 결정 입자는 발광 파장이 455 nm였다. A nanocrystal particle is a method of synthesizing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor having an indium nitride gallium mixed crystal and having a particle diameter of 2 nm, except that 30 g of trinonylamine is used as the surface-modified organic compound. The blue group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was obtained by the manufacturing method similar to the 1st. The obtained Group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was able to efficiently absorb the light emission of 405mn which is especially high in external quantum efficiency. In addition, the nanocrystal particles had an emission wavelength of 455 nm.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 2 nm로 어림잡을 수 있고, 나노 결정 입자는 양자 크기 효과를 나타내며, 발광 효율이 향상되었다. 본 실시예의 제조 방법에 있어서는, 표면 수식 유기 화합물에 트리노닐아민을 이용함으로써, 트리노닐 아민과 트리옥틸아민과의 혼합물보다도 나노 결정 입자의 전구체를 응집하는 힘이 강해지고, 질화인듐·갈륨 혼정 나노 결정 입자가 작아진다고 생각하였다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be estimated to 2 nm using Scherer's equation, and the nanocrystal particles exhibit a quantum size effect and the luminous efficiency is improved. Improved. In the production method of the present embodiment, by using trinonylamine as the surface-modified organic compound, the force of aggregating the precursor of the nanocrystal grains becomes stronger than the mixture of trinonyl amine and trioctylamine, and indium nitride gallium mixed crystal nano It was thought that crystal grains became small.

(실시예 4)(Example 4)

나노 결정 입자가 질화인듐·갈륨 혼정이고, 나노 결정 입자의 입경이 15 nm인 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 합성하는 수법이며, 표면 수식 유기 화합물로서, 트리옥틸아민 5 g과 트리헥실아민(분자량: 269.51) 25 g과의 혼합물을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서, 청색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있었다. 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 nm의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, 나노 결정 입자는 발광 파장이 475 nm였다. A nanocrystal particle is a method of synthesizing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor having an indium nitride gallium mixed crystal and having a particle diameter of 15 nm, and is a surface-modified organic compound, 5 g of trioctylamine and trihexylamine (molecular weight: 269.51) A blue group 13 nitride semiconductor particle phosphor was obtained by the same production method as in Example 1 except that a mixture with 25 g was used. The obtained Group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was able to absorb especially 405 nm light emission with high external quantum efficiency especially. Further, the nanocrystalline particles had a light emission wavelength of 475 nm.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 15 nm로 어림잡을 수 있고, 발광 피크 강도는 종래의 질화인듐 반도체 입자 형광체에 비하여 약 5배로 향상되었다. 본 실시예의 제조 방법에 있어서는, 표면 수식 유기 화합물에 트리옥틸아민과 분자량이 작은 트리헥실아민과의 혼합물을 이용함으로써, 트리노닐아민과 트리옥틸아민과의 혼합물보다도 나노 결정 입자의 전구체를 응축하는 힘이 약해지고, 질화인듐·갈륨 혼정 나노 결정 입자가 커졌다고 생각하였다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be estimated to 15 nm using the Scherrer equation, and the emission peak intensity is lower than that of the conventional indium nitride semiconductor particle phosphor. It is about 5 times better. In the production method of the present embodiment, by using a mixture of trioctylamine and trihexylamine having a low molecular weight as the surface-modified organic compound, the force of condensing the precursor of the nanocrystalline particles rather than the mixture of trinonylamine and trioctylamine It was thought that this weakened and the indium nitride gallium mixed crystal nanocrystal particles became large.

(실시예 5)(Example 5)

나노 결정 입자가 질화인듐이고, 나노 결정 입자의 입경이 4 nm인 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 합성하는 수법이며, 나노 결정 입자의 전구체인 13족 원 소 화합물로서 트리스(디메틸아미노)인듐 이량체 0.1 몰을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서 적색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있었다. 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 nm의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, 나노 결정 입자는 발광 파장이 610 nm였다. A method of synthesizing a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor in which the nanocrystalline particles are indium nitride and the particle size of the nanocrystalline particles is 4 nm, and tris (dimethylamino) indium dimer 0.1 as a Group 13 element compound that is a precursor of the nanocrystalline particles. Except for using mole, the red group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was obtained by the manufacturing method similar to Example 1. The obtained Group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was able to absorb especially 405 nm light emission with high external quantum efficiency especially. Further, the nanocrystalline particles had a light emission wavelength of 610 nm.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 4 nm로 어림잡을 수 있고, 나노 결정 입자는 양자 크기 효과를 나타내며, 발광 피크 강도가 종래의 질화인듐 반도체 입자 형광체에 비해 약 20배로 향상되었다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be approximated to 4 nm using Scherer's equation, and the nanocrystal particles exhibit a quantum size effect, and the emission peak intensity Is improved by about 20 times compared with the conventional indium nitride semiconductor particle phosphor.

(실시예 6)(Example 6)

나노 결정 입자가 질화갈륨이고, 나노 결정 입자의 입경이 4 nm인 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 합성하는 수법이며, 나노 결정 입자의 전구체인 13족 원소 화합물로서 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 0.1 몰을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서 13족 질화물 반도체 입자 형광체를 얻을 수 있었다. 0.1 mol of tris (dimethylamino) gallium dimer as a Group 13 element compound which is a method of synthesizing a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor in which the nanocrystalline particles are gallium nitride and the particle size of the nanocrystalline particles is 4 nm. A group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was obtained by the same manufacturing method as Example 1 except using this.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 4 nm로 어림잡을 수 있고, 나노 결정 입자는 양자 크기 효과를 나타내며, 발광 피크 강도가 종래의 질화갈륨 반도체 입자 형광체에 비해 약 20배 향상되었다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be approximated to 4 nm using Scherer's equation, and the nanocrystal particles exhibit a quantum size effect, and the emission peak intensity Is improved by about 20 times compared with the conventional gallium nitride semiconductor particle phosphor.

(실시예 7)(Example 7)

나노 결정 입자가 질화인듐·갈륨 혼정이고, 나노 결정 입자의 입경이 4 nm인 녹색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체(In0.3Ga0.7N/nN(C8H17)3)를 합성하는 수법이며, 나노 결정 입자의 전구체인 13족 원소 화합물로서, 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨 0.03 몰과 트리스(디메틸아미노)갈륨 이량체 0.02 몰을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서 녹색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체(In0.3Ga0.7N/nN(C9H19)3, nN(C8H17)3)를 얻을 수 있었다. 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 mn의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, InN를 나노 결정 입자는 발광 파장이 520 nm였다. It is a method of synthesizing green Group 13 nitride semiconductor particle phosphor (In 0.3 Ga 0.7 N / nN (C 8 H 17 ) 3 ) in which the nanocrystalline particles are indium nitride gallium mixed crystal and the nanocrystalline particles have a particle diameter of 4 nm, As a Group 13 element compound that is a precursor of the nanocrystalline particles, 0.013 mol of hexa (dimethylamino) indium gallium and 0.02mol of tris (dimethylamino) gallium dimer are used, except that green 13 is used in the same manufacturing method as in Example 1. A group nitride semiconductor particle phosphor (In 0.3 Ga 0.7 N / nN (C 9 H 19 ) 3 , nN (C 8 H 17 ) 3 ) was obtained. The obtained Group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was able to efficiently absorb the light emission of 405mn which is especially high in external quantum efficiency. In addition, the InN nanocrystalline particles had a light emission wavelength of 520 nm.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 4 nm로 어림잡을 수 있고, 나노 결정 입자는 양자 크기 효과를 나타내며, 발광 피크 강도가 종래의 질화인듐·갈륨 혼정 반도체 입자 형광체에 비하여 약 20배 향상되었다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be approximated to 4 nm using Scherer's equation, and the nanocrystal particles exhibit a quantum size effect, and the emission peak intensity Was improved by about 20 times compared with the conventional indium gallium mixed crystal semiconductor particle phosphor.

(실시예 8)(Example 8)

나노 결정 입자가 질화인듐·갈륨 혼정이고, 나노 결정 입자의 입경이 4 nm인 적색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체(In0.5Ga0.5N/nN(C8H17)3))를 합성하는 수법이며, 나노 결정 입자의 전구체인 13족 원소 화합물로서 헥사(디메틸아미노)인듐·갈륨 0.1 몰을 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 제조 방법에 의해서 적색의 13족 질화물 반도체 입자 형광체(In0.5Ga0.5N/nN(C9H19)3, nN(C8H17)3)를 얻을 수 있었다. 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 특히 외부 양자 효율이 높은 405 nm의 발광을 효율적으로 흡수할 수 있었다. 또한, 나노 결정 입자는 발광 파장이 600 nm였다. It is a method of synthesizing a red Group 13 nitride semiconductor particle phosphor (In 0.5 Ga 0.5 N / nN (C 8 H 17 ) 3 ) having a nanocrystal grain of indium nitride and gallium mixed crystal and having a particle diameter of 4 nm. Red group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance (In 0.5 Ga 0.5 N) by the same manufacturing method as Example 1 except using 0.1 mol of hexa (dimethylamino) indium gallium as a group 13 element compound which is a precursor of nanocrystal particle. / nN (C 9 H 19 ) 3 , nN (C 8 H 17 ) 3 ) was obtained. The obtained Group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance was able to absorb especially 405 nm light emission with high external quantum efficiency especially. Further, the nanocrystalline particles had a light emission wavelength of 600 nm.

X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 나노 결정 입자의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 4 nm로 어림잡을 수 있고, 나노 결정 입자는 양자 크기 효과를 나타내며, 발광 피크 강도가 종래의 질화인듐·갈륨 혼정 반도체 입자 형광체에 비하여 약 20배 향상되었다. As a result of the X-ray diffraction measurement, the average particle diameter (diameter) of the nanocrystal particles estimated from the spectral half width can be approximated to 4 nm using Scherer's equation, and the nanocrystal particles exhibit a quantum size effect, and the emission peak intensity Was improved by about 20 times compared with the conventional indium gallium mixed crystal semiconductor particle phosphor.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

삼염화갈륨(GaCl3) 0.007 몰, 삼염화인듐(InCl3) 0.003 몰 및 질화리튬(Li3N) 0.01 몰을 벤젠((C6H12) 100 ㎖에 혼합하고, 반응 용액을 제조하였다. 합성 온도 320 ℃에서 3 시간 동안 반응을 행하고, 나노 결정 입자로서의 반도체 코어의 합성을 행하였다. 합성 후의 반응 용액을 실온에까지 냉각하여 반도체 코어의 벤젠 용액으로 하였다. Trichloride, gallium (GaCl 3) 0.007 mol, trichloroacetic indium (InCl 3) 0.003 mole and mixed with lithium nitride (Li 3 N) 0.01 mol in 100 ㎖ benzene ((C 6 H 12), and the reaction solution was prepared. Synthesis Temperature Reaction was performed for 3 hours at 320 degreeC, and the semiconductor core as nanocrystal grains was synthesize | combined The reaction solution after synthesis was cooled to room temperature, and it was set as the benzene solution of the semiconductor core.

이어서, 반도체 코어의 벤젠 용액과, 삼염화갈륨(GaCl3) 0.009 몰과 삼염화인듐(InCl3) 0.001 몰과, 질화리튬(Li3N) 0.01 몰을 벤젠 100 ㎖에 혼합하고, 합성 온도 350 ℃에서 24 시간 동안 반응을 행하고, 반도체 코어를 보호 반도체 쉘로 덮고, 반도체 코어/보호 반도체 쉘 2층 구조의 반도체 입자 형광체의 합성을 행하였다. Then, with the semiconductor core benzene solution, trichloroacetic gallium (GaCl 3) 0.009 mole of phosphorus trichloride indium (InCl 3) 0.001 mole and a lithium nitride (Li 3 N) 0.01 mol in a mixed to 100 ㎖ benzene, and the synthesis temperature of 350 ℃ The reaction was carried out for 24 hours, the semiconductor core was covered with a protective semiconductor shell, and the semiconductor particle fluorescent substance having a semiconductor core / protective semiconductor shell two-layer structure was synthesized.

도 3에 비교예 1에서 합성한 13족 질화물 반도체 입자 형광체의 구조도를 나타낸다. The structural diagram of the group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance synthesize | combined by FIG. 3 in FIG.

이 비교예 1에서 얻어진 13족 질화물 반도체 입자 형광체는, 미결합손에 의한 결함을 캡핑하는 목적으로 2층 구조를 갖도록 하고, 나노 결정 입자의 표면에는 표면 수식 유기 화합물이 존재하지 않기 때문에, 생성된 나노 결정 입자는 응집하고 분산성이 나쁘다. 또한, 나노 결정 입자의 입경 제어는 반응 온도와 반응 시간에만 의존하기 때문에 입경의 제어가 곤란하다. 또한, 나노 결정 입자의 전구체에 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 갖지 않기 때문에, 13족 질화물을 포함하는 청색 발광 소자를 여기 광원으로 하여, 원하는 발광 파장을 실현하기 위한 정밀한 13족 원소의 혼정 조성 제어가 곤란하다. 얻어진 형광체의 X선 회절 측정의 결과, 스펙트럼 반가폭으로부터 어림잡은 코어의 평균 입경(직경)은 쉐러의 식을 이용하면 50 nm로 어림잡을 수 있고, 양자 크기 효과를 나타내지 않는다. 또한, 이 비교예 1에서 얻어진 13족 질화물 형광체의 수율은 50 %였다. The Group 13 nitride semiconductor particle phosphor obtained in Comparative Example 1 has a two-layer structure for the purpose of capping defects caused by unbonded damage, and since the surface-modified organic compound does not exist on the surface of the nanocrystalline particles, Nanocrystalline particles aggregate and have poor dispersibility. In addition, since the particle size control of the nanocrystalline particles depends only on the reaction temperature and the reaction time, it is difficult to control the particle size. In addition, since the group 13 element and the nitrogen atom do not have a bond between the precursors of the nanocrystalline particles, the blue light emitting element containing the group 13 nitride is used as the excitation light source, and the precise group 13 element is mixed to realize the desired emission wavelength. Composition control is difficult. As a result of the X-ray diffraction measurement of the obtained phosphor, the average particle diameter (diameter) of the core estimated from the spectral half width can be approximated to 50 nm using the Scherrer equation, and does not exhibit a quantum size effect. In addition, the yield of the group 13 nitride fluorescent substance obtained by this comparative example 1 was 50%.

도 2는, 반도체 입자 형광체의 발광 특성을 나타내는 발광 강도와 나노 결정 입자 입경과의 관계를 나타낸 도면이다. 횡축은 나노 결정 입자의 입경(단위는 nm)을 나타내고, 종축은 405 nm의 광으로 여기했을 때의 상기 형광체가 460 nm에서 발광했을 때의 임의의 발광 강도 "a.u.(arbitrary units)"를 나타낸다. 도면 중 (a)는 이 실시예 1의 13족 질화물 반도체 입자 형광체에 있어서의 발광 강도이고, 도면 중 (b)는 비교예 1의 13족 질화물 반도체 입자 형광체에 있어서의 발광 강도를 나타낸다. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the luminescence intensity showing the luminescence properties of semiconductor particle phosphors and the particle size of nanocrystal particles. FIG. The horizontal axis represents the particle diameter (unit: nm) of the nanocrystal particles, and the vertical axis represents the arbitrary emission intensity "a.u. (arbitrary units)" when the phosphor emits light at 460 nm when excited with light of 405 nm. In the figure, (a) is the luminescence intensity in the group 13 nitride semiconductor particle phosphor of Example 1, and (b) in the figure shows the luminescence intensity in the group 13 nitride semiconductor particle phosphor of Comparative Example 1.

도면 중 (c)는 발광 강도-나노 결정 입자 입경의 관계를 나타내는 곡선이고, 나노 결정 입자의 입경이 여기자 보어 반경의 2배 이하이면 발광 강도가 극단적으 로 향상되고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 2로부터도 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 의한 나노 결정 입자는 비교예 1에 의한 것보다도 여기자 보어 반경이 작고, 형광의 효율도 높은 것을 알 수 있었다. (C) in the figure is a curve showing the relationship between the luminescence intensity and the particle diameter of nanocrystals, and it was found that the luminescence intensity was extremely improved when the particle diameter of the nanocrystal particles was 2 times or less of the excitation bore radius. Also, as can be seen from FIG. 2, it was found that the nanocrystal particles according to Example 1 had a smaller exciton bore radius and higher fluorescence efficiency than those according to Comparative Example 1.

금번 개시된 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구의 범위에 의해서 나타내지고, 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. It should be thought that embodiment and the Example which were disclosed this time are an illustration and restrictive at no points. The scope of the invention is indicated by the claims rather than the foregoing description, and is intended to include the meaning of the claims and their equivalents and all modifications within the scope.

본 발명은 분산성, 매체 친화성, 발광 효율이 우수한 기능을 갖는 13족 질화물 반도체 입자 형광체, 및 그 수율이 높은 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a Group 13 nitride semiconductor particle phosphor having a function excellent in dispersibility, medium affinity, and luminous efficiency, and a manufacturing method having high yield.

Claims (15)

13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 나노 결정 입자 (11)에 헤테로 원자를 포함하는 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물 (12)로 피복하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). Group 13 nitride semiconductor particles comprising a nanocrystalline particle 11 containing a bond between a group 13 element and a nitrogen atom, coated with a surface-modified organic compound 12 having a molecular weight of 200 to 500. Phosphor (10). 제1항에 있어서, 표면 수식 유기 화합물 (12)가 아민인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). The group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 1, wherein the surface modified organic compound (12) is an amine. 제2항에 있어서, 표면 수식 유기 화합물 (12)가 3급 아민인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). The group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 2, wherein the surface modified organic compound (12) is a tertiary amine. 제2항에 있어서, 표면 수식 유기 화합물 (12)의 질소 원자가 나노 결정 입자 (11)의 13족 원소에 배위하는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). The Group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 2, wherein the nitrogen atom of the surface-modified organic compound (12) is coordinated with the Group 13 element of the nanocrystal particle (11). 제1항에 있어서, 표면 수식 유기 화합물 (12)가 2종 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). The group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 1, wherein the surface modified organic compound (12) contains two or more kinds of compounds. 제1항에 있어서, 나노 결정 입자 (11)의 13족 원소가 2종 이상의 원소를 포 함하는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). The Group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 1, wherein the Group 13 element of the nanocrystalline particles (11) contains two or more elements. 제1항에 있어서, 나노 결정 입자 (11)의 입경이 여기자 보어(Bohr) 반경의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10). The group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 1, wherein the particle diameter of the nanocrystalline particles (11) is not more than twice the radius of the exciton bohr. 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 나노 결정 입자 (11)에 표면 수식 유기 화합물 (12)로 피복하여 이루어지는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법이며, 적어도 13족 원소와 질소와의 결합을 갖는 상기 13족 원소 화합물과, 헤테로 원자를 포함하고 분자량이 200 내지 500인 표면 수식 유기 화합물 (12)를 혼합한 합성 용액을 가열하는 공정에 의해 나노 결정 입자 (11)의 입경을 제어하는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법.A method for producing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) formed by coating a nanocrystalline particle (11) containing a bond between a group 13 element and a nitrogen atom with a surface-modified organic compound (12), wherein the group 13 element and nitrogen The particle diameter of the nanocrystal particles 11 was heated by a step of heating a synthetic solution containing a group 13 element compound having a bond with and a hetero atom and a surface-modified organic compound 12 having a molecular weight of 200 to 500. The manufacturing method of group 13 nitride semiconductor particle fluorescent substance (10) characterized by controlling. 제8항에 있어서, 표면 수식 유기 화합물 (12)를 2종 이상 이용하는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법. The method for producing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 8, wherein two or more kinds of surface-modified organic compounds (12) are used. 제8항에 있어서, 13족 원소와 질소 원자와의 결합을 포함하는 13족 원소 화합물이 In 화합물, Ga 화합물 또는 In과 Ga의 화합물인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법. 9. The Group 13 nitride semiconductor particle phosphor 10 according to claim 8, wherein the Group 13 elemental compound comprising a bond between the Group 13 element and the nitrogen atom is an In compound, a Ga compound, or a compound of In and Ga. Way. 제8항에 있어서, 상기 합성 용액의 용매로서, 탄화수소계를 이용하는 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법. The method for producing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 8, wherein a hydrocarbon type is used as a solvent of the synthesis solution. 제8항에 있어서, 상기 합성 용액을 가열하는 온도가 180 내지 500 ℃인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법. The method for producing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 8, wherein the temperature for heating the synthesis solution is 180 to 500 ° C. 제8항에 있어서, 상기 합성 용액을 가열하는 합성 시간이 6 내지 72 시간인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법. The method for producing a group 13 nitride semiconductor particle phosphor (10) according to claim 8, wherein a synthesis time for heating the synthesis solution is 6 to 72 hours. 제1항에 있어서, 상기 표면수식유기화합물 (12)이 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 트리운데실아민 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10).The group 13 nitride according to claim 1, wherein the surface-modified organic compound (12) is at least one of trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, trinonylamine, tridecylamine, and triundecylamine. Semiconductor particle phosphor 10. 제8항에 있어서, 상기 표면수식유기화합물 (12)은 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민, 트리노닐아민, 트리데실아민, 트리운데실아민 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 13족 질화물 반도체 입자 형광체 (10)의 제조 방법.The group 13 nitride according to claim 8, wherein the surface-modified organic compound (12) is at least one of trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, trinonylamine, tridecylamine, and triundecylamine. The manufacturing method of the semiconductor particle fluorescent substance 10.
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