WO2007086188A1 - 三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッド - Google Patents

三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッド Download PDF

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shell
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Mitsuru Sekiguchi
Kazuya Tsukada
Hisatake Okada
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Konica Minolta Medical & Graphic, Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to a three-layer semiconductor nanoparticle and a three-layer semiconductor nanorod.
  • Nano-sized semiconductors such as semiconductor nanoparticles and semiconductor nanorods are nanometer-sized, and thus exhibit quantum size effects such as increased band gap energy and exciton confinement effects. It is known to exhibit optical characteristics such as excellent light absorption characteristics and light emission characteristics. Therefore, in recent years, studies on various applications such as displays, biomedicals, and optical communication devices have been promoted as phosphors that can only be actively reported on nano-sized semiconductors.
  • an organic molecule is one of core Z-shell type semiconductor nanoparticles, Si / SiO
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-172429
  • the present inventors have studied the above problems, and are excellent in the three-layer semiconductor nanoparticles and the three-layer semiconductor nanorods including the core layer, the intermediate layer, and the shell layer formed of a specific crystal.
  • the present invention was completed by finding that it has characteristics.
  • the present invention relates to
  • Three-layer semiconductor with an average particle size in the range of 2 to 50 nm including a core layer, an intermediate layer, and a shell layer
  • the crystal lattice that is larger than the band gap of the crystal that forms the core layer and forms the intermediate layer Three-layer semiconductor nanoparticles whose constant is a value between the lattice constant of the crystal forming the core layer and the lattice constant of the crystal forming the shell layer.
  • the present invention also provides a three-layer semiconductor nanorod having an average diameter in the range of 2 to 50 nm, including a core layer, an intermediate layer, and a shell layer, wherein each of the layers is formed of different crystals.
  • the band gap force of the crystal forming the core layer is larger than the band gap of the crystal forming the core layer, and the lattice constant of the crystal forming the intermediate layer is the same as that of the crystal forming the core layer and the crystal forming the shell layer.
  • Three-layer semiconductor nanorod which is a value between the lattice constant.
  • the three-layer semiconductor nanoparticles and the three-layer semiconductor nanorods form an intermediate layer when the composition of crystals forming the core layer is represented by AB and the composition of crystals forming the shell layer is represented by CB.
  • the composition of the crystals to be produced may be expressed as ACB.
  • X is a number between 0 and X.
  • composition of the crystal forming the core layer is GaAs and the composition of the crystal forming the shell layer is expressed as AlAs
  • the composition of the crystal forming the intermediate layer is Ga Al As.
  • composition of the crystal forming the core layer is GaN and the composition of the crystal forming the shell layer is A1N, the composition of the crystal forming the intermediate layer may be GaAlN.
  • the composition of the crystals forming the layer is GaP and the composition of the crystals forming the shell layer is A1P
  • the composition of the crystals forming the intermediate layer may be GaAlP.
  • the crystal composition forming the shell layer is AlSb
  • the crystal composition forming the intermediate layer may be Ga Al Sb.
  • the difference between the lattice constant of the crystal forming the core layer and the lattice constant forming the shell layer is preferably 3% or less! /.
  • the three-layer semiconductor nanoparticles and the three-layer semiconductor nanorods of the present invention have excellent light emission characteristics such as high luminous efficiency, long lifetime during continuous light emission, and the like.
  • the three-layer semiconductor nanoparticle has a substantially spherical shape
  • the three-layer semiconductor nanorod has a cylindrical shape and reaches a maximum length of several tens / zm. This includes so-called nanowire structures.
  • the length of the edge of the lattice is different from the lattice constant of the crystal.
  • the average length of each ridge For crystals with ridges, use the average length of each ridge.
  • the lattice constant of the crystal is a value described in the range of Katsuzo Kaminishi, Electronic Device Materials, Japan Science and Technology Publishing Company (2002), pp. 62, 63.
  • the band gap of the crystal is written by Katsuzo Kaminishi, Electronic Device Materials, Japan Science and Technology Press
  • the structure of the three-layer semiconductor nanoparticles of the present invention is a structure in which an intermediate layer is provided between the core layer and the shell layer.
  • the average particle diameter of the three-layer semiconductor nanoparticles is in the range of 2 to 50 nm, preferably in the range of 2 to: LOnm. Beyond the lower limit of the above range, it becomes a structure in which atoms are gathered, and a band gap is generated, so if it falls below the upper limit of the above range, which is preferable, the light emission efficiency is due to the confinement effect of exciton (electron-hole pair). Is preferable because it improves rapidly.
  • the core layer, the shell layer, and the intermediate layer are formed of different crystals.
  • the crystal needs to be selected so that the band gap of the crystal forming the shell layer is larger than the band gap of the crystal forming the core layer.
  • the core Z shell force s GaA s / AlAs, GaN / AIN, and GaPZAlP may be mentioned.
  • the lattice constant of the crystal forming the intermediate layer is a value between the lattice constant of the crystal forming the core layer and the lattice constant of the crystal forming the shell layer.
  • the three-layered semiconductor nanoparticles of the present invention are characterized in that the luminous efficiency is higher and the lifetime during continuous light emission is longer than that of conventional core Z-shell type semiconductor nanoparticles.
  • Preferred embodiments of the three-layer semiconductor nanoparticles of the present invention that satisfy the above conditions include the following three embodiments.
  • the core layer is formed of crystals of composition AB
  • the shell layer is formed of crystals of composition CB
  • the intermediate layer is formed of crystals of composition ACB.
  • A, B and C are elements, and X is a number in the range of 0 ⁇ X ⁇ 1.
  • composition of the crystal forming the core layer is expressed as AB and the composition of the crystal forming the shell layer is expressed as CB
  • the crystal of which the composition of the crystal forming the intermediate layer can be expressed as A C B is used.
  • ⁇ and core ⁇ shell is GaSbZAlSb, Ga Al Sb can be mentioned.
  • X 0.
  • the core Z shell is GaAsZAlAs, it is possible to form an intermediate layer that is an intermediate lattice between the AB lattice and the CB lattice.
  • the core Z shell is GaNZAIN, Ga Al N, and the core Z shell is GaPZ
  • the crystals forming the core layer, the shell layer, and the intermediate layer are the same crystal system.
  • the crystal forming the core layer, the shell layer, and the intermediate layer has the same crystal system when more excellent optical properties are exhibited! ,.
  • the core Z intermediate layer Z shell is GaAsZGa Al As / AlAs, GaN / Ga Al N / A x l- ⁇ x 1- ⁇
  • GaP / GaAlP / A1P GaSbZGaAlSbZAlSb.
  • the viewpoint force is the difference between the lattice constant of the crystal forming the core layer and the lattice constant forming the shell layer. Use crystals that are 3% or less.
  • the crystal interface is In order to reduce the generation of lattice defects at the interface, it is preferable to reduce the generation of lattice defects at the interface.
  • the core Z shell is GaPZAlP
  • the lattice constant is 5.45 / 5.46A
  • the lattice constant is 6.08 / 6.14A.
  • the core Z intermediate layer Z shell is formed of GaAs / Ga Al As / AlAs, GaP / Ga Al PZAIP, and GaSbZGa Al Sb.
  • ZAISb tends to have fewer lattice defects, and the emission intensity and emission lifetime also increase.
  • the emission wavelength of the three-layer nanoparticle of the present invention varies depending on its composition and particle size. For example, if the core is GaN, the emission wavelength has a peak at 370 to 180 nm if there is no energy loss in the emission process. If the core is GaAs, there will be no energy loss in the light emission process! If the core is GaP, the emission wavelength will be 870-430 nm. If the core is GaP, if there is no energy loss in the light emission process, light emission will be 550-270 nm. If the core is GaSb and there is no energy loss in the emission process, the emission wavelength is 1770 to 890 nm.
  • the core emits light at the above wavelengths
  • the core if the core is GaN, it can be used for treatment of affected areas by purple light-emitting devices, light emitting labels, and particularly UV light irradiation of short wavelengths.
  • it is GaAs, it is a light emitting region from red to purple, so if you change the particle diameter, you can cover all three colors of red, green, and blue, and you can use it for display etc.
  • GaP It can be used for treatment of affected areas with green to purple light-emitting devices, light-emitting labels, and UV light emission.
  • GaSb is an infrared light region that easily penetrates the human body, so it can be used as a label for in-vivo diagnosis. is there.
  • the core Z intermediate layer Z shell force s GaAsZGa Al AsZAlAs as a manufacturing method of the three-layer type semiconductor nanoparticles, and the core GaAs nanoparticles are synthesized by liquid phase growth.
  • A1 (CH), Ga (C) by Atomic Layer Deposition method, MOCVD method, optical MOCVD method, etc.
  • an AsH gas is used to form a Ga Al As intermediate layer having a layer strength of several atoms.
  • the ratio of Ga (CH) gas to Al (CH) gas for forming the Ga Al As intermediate layer is 1: 1.
  • the ratio of Ga and A1 can be made other than 1: 1, and an arbitrary range can be set depending on the ratio of Ga (CH 3) gas and A1 (CH 3) gas.
  • the structure of the three-layer semiconductor nanorod of the present invention is a structure in which an intermediate layer is provided between the core layer and the shell layer.
  • the average diameter of the cross-section of the three-layer semiconductor nanorod is in the range of 2 to 50 nm, preferably in the range of 2 to: LOnm. Beyond the lower limit of the above range, it becomes a structure in which atoms are aggregated, and a band gap occurs, so if it falls below the upper limit of the above range, which is preferable, due to the confinement effect of exciton (electron-hole pair), This is preferable because the luminous efficiency is rapidly improved.
  • the core layer, the shell layer, and the intermediate layer are formed of different crystals.
  • the crystal needs to be selected so that the band gap of the crystal forming the shell layer is larger than the band gap of the crystal forming the core layer.
  • the core Z shell force s GaA s / AlAs, GaN / AIN, and GaPZAlP may be mentioned.
  • the lattice constant of the crystal forming the intermediate layer is a value between the lattice constant of the crystal forming the core layer and the lattice constant of the crystal forming the shell layer.
  • the three-layered semiconductor nanorod of the present invention is characterized in that the luminous efficiency is higher than that of the conventional core Z-shell type semiconductor nanorod and the lifetime during continuous light emission is long.
  • the core layer As the core layer, shell layer, and intermediate layer of the three-layer semiconductor nanorod of the present invention, the preferred embodiment described in [Three-layer semiconductor nanoparticles], that is, the core layer is formed of crystals having the composition AB.
  • the shell layer is made of crystals of composition CB, and the intermediate layer is crystals of composition ACB
  • the three-layered semiconductor nanorods formed, the three-layered nanorods with the same crystal system forming the core layer, the shell layer, and the intermediate layer, the lattice constant of the crystal forming the core layer, and the shell layer For the same reason, a three-layered nanorod using a crystal whose difference from the formed lattice constant is 3% or less is preferably used.
  • the emission wavelength of the three-layered nanorod of the present invention varies depending on the yarn and the diameter.
  • the emission wavelength has a peak at 370 to 180 nm if there is no energy loss in the emission process.
  • the core is GaAs, there will be no energy loss during the light emission process! If this is the case, the emission wavelength will be 870-430 nm.
  • the core is GaP, the energy loss will occur during the light emission process. If there is no energy loss, the emission wavelength is 550 to 270 nm.
  • the core is GaSb, the emission wavelength is 1770 to 890 nm if there is no energy loss in the emission process.
  • the core emits light at the above wavelengths
  • the core can be used for treatment of affected parts by purple light emitting devices, light emitting labels, and particularly UV irradiation with short wavelengths.
  • it is GaAs, it is a light emitting region from red to purple, so if you change the particle diameter, you can cover all three colors of red, green, and blue, and you can use it for display etc.
  • GaP It can be used for treatment of affected areas with green to purple light-emitting devices, light-emitting labels, and UV light emission.
  • GaSb is an infrared light region that easily penetrates the human body, so it can be used as a label for in-vivo diagnosis is there.
  • GaN / Ga Al N / A1N can be manufactured as follows.
  • GaN nanowires are deposited on an insulating film substrate by Au-catalyzed CVD.
  • a GaAlN intermediate layer consisting of several atomic layers is formed by A1 (CH), Ga (CH), NH gas by atomic layer deposition, MOCVD, optical MOCVD, etc.
  • the ratio of Ga and A1 can be changed to other than 1: 1 by changing the ratio of the gas, depending on the ratio of Ga (CH 3) gas to A1 (CH 2) gas.
  • Ga Al N in any range
  • One method is to grow an A1N shell layer.
  • GaAs nanoparticles are formed by the following solution reaction using GaCl, Na—K (sodium-potassium alloy), As powder, methoxyethyl ether, octadecane thiol (ODT), triethylamine, toluene, and water.
  • GaCl GaCl
  • Na—K sodium-potassium alloy
  • ODT octadecane thiol
  • triethylamine toluene
  • toluene and water.
  • GaAs nanoparticles with a diameter of 2-5 nm can be obtained by this method.
  • the GaAs nanoparticles 1 obtained by the above method are immersed in a solution of a surfactant Tween 80 for imparting hydrophilicity to the surface. This makes the GaAs nanoparticles hydrophilic (hereinafter also referred to as hydrophilic GaAs nanoparticles).
  • hydrophilic GaAs nanoparticles are formed into fine droplets by ultrasonic waves using a vaporizer 5.
  • vaporization is performed in the gas vessel 5 (the GaAs nanoparticles wrapped in Tween 80 float in He gas), and the GaAs nanoparticles enter the reaction chamber 4 of the CVD apparatus. Introduce 1 He gas as carrier.
  • a Ga Al As layer is added to the reaction chamber 4.
  • Tween80 is a GaAs surface.
  • nanoparticles can be obtained.
  • GaAs / Ga Al As / AlAs nanoparticles 8 are formed. Les When passing through the light-irradiated part, the energy given to the system is less than the amount required for the reaction, so no further reaction occurs. Finally, the GaAs / GaAlAs / AlAs nanoparticles formed in this way are collected by the collector 6.
  • GaAs / Ga Al As / AlAs nanoparticles with a three-layer structure can be formed.
  • GaAs / Ga Al As / AlAs nanoparticles created this time were irradiated with 365 nm light, and the brightness
  • the luminescence intensity and luminescence lifetime were examined with a meter. As a result, the Ga Al As layer formation process is not performed.
  • the emission intensity was improved 1.3 times and the emission lifetime was improved 2.5 times.
  • Ga nanoparticles are formed by spraying and heated in an NH atmosphere to obtain a diameter.
  • GaN nanoparticles can be obtained.
  • Example 1 Except that the GaAs nanoparticles of Example 1 were GaN as described above and AsH of Example 1 was NH.
  • Example 2 GaN / Ga Al N / A1N nanoparticles with a three-layer structure were formed.
  • the GaN / Ga Al N / A1N nanoparticles created this time are irradiated with 365 nm light and emitted by a luminance meter.
  • the emission intensity was improved by 1.2 times and the emission lifetime was improved by 1.8 times.
  • GaP nanoparticles are formed by the following solution reaction using GaCl, Na—K (sodium-potassium alloy), soot powder, methoxyethyl ether, octadecanthiol (ODT), triethylamine, toluene, and water.
  • GaP nanoparticles with a diameter of 2-5 nm can be obtained.
  • the GaAs nanoparticles of Example 1 are GaP and AsH of Example 1 is PH.
  • Example 2 Except for maintaining the temperature at 550 ° C and the pressure at about 1333 Pa, the same procedure as in Example 1 was performed, and a three-layer structure was used.
  • GaP / GaAlP / A1P nanoparticles with the same properties were formed.
  • GaP / Ga Al P / created this time A1P nanoparticles were irradiated with 365 lights, and the luminance intensity and emission lifetime were examined with a luminance meter.
  • GaP with AlP formed on GaP nanoparticles without Ga Al P layer formation process.
  • emission intensity is improved by 1.4 times and emission lifetime is improved by 1.5 times.
  • GaSb nanoparticles are formed by the following solution reaction using GaCl Na—K (sodium-potassium alloy), Sb powder, methoxyethyl ether, octadecane thiol (ODT), triethylamine, toluene, and water.
  • GaCl Na—K sodium-potassium alloy
  • Sb powder methoxyethyl ether
  • ODT octadecane thiol
  • triethylamine toluene
  • toluene and water.
  • This method yields GaSb nanoparticles with a diameter of 25 nm.
  • GaAs nanoparticles of Example 1 are GaSb and AsH of Example 1 is SbH.
  • GaSb / Ga Al Sb / AlSb nanoparticles created this time were irradiated with 365 nm light,
  • the emission intensity was improved 1.5 times and the emission lifetime was improved 1.2 times.
  • Au nanoparticles 24 are coated on a Si substrate 21 on which SiO 22 is deposited to a thickness of 10 nm by a coating method.
  • raw material gases A1 (CH 3) and NH for forming the A1N layer are introduced into the reaction chamber of the same CVD apparatus.
  • the reaction chamber temperature is 700 ° C and the pressure is about 1333 Pa.
  • the A1N layer 29 is formed on the GaN / Ga Al N nanowire 28 by the CVD reaction.
  • the GaN / Ga Al N / A1N nanowire 30 thus formed is formed.
  • the A1N layer 29 is naturally formed on the SiO 22 as well.
  • the formed nanowires may be separated from the Si substrate 21 by applying ultrasonic waves in water after being soaked in Tween 80 and hydrophilized as described above.
  • the nanowire structure if the length is 10 ⁇ m, a structure with 1000 forces of 10 nm nanoparticles in the length direction will form a structure with a force S, so that it is brighter than ordinary nanoparticles per unit.
  • the advantage is that it is about 1000 times brighter.
  • the GaN / Ga Al N / A1N nanorods created this time are irradiated with 365 nm light and emitted by a luminance meter.
  • the emission intensity was improved 1.2 times and the emission life was doubled.
  • Example 1 AsH and the conditions for creating nanowires are 40 sccm and 900 ° C.
  • GaAs / Ga Al As / AlAs nanorods can be formed in the same way.
  • GaAs / Ga Al As / AlAs nanorods created this time were irradiated with 365 nm light to produce a luminance meter.
  • the emission intensity is improved 1.3 times and the emission lifetime is improved 1.4 times.
  • the NH in Example 1 is PH, and the conditions for creating nanowires are 40 sccm and 900 ° C.
  • GaP / Ga Al P / A1P nanorods created this time were irradiated with 365 nm light and emitted by a luminance meter.
  • the emission intensity was improved 1.3 times, the emission lifetime was 1.4 times, and the emission lifetime was 1.5 times.
  • the NH in Example 1 is SbH, and the conditions of the reaction chamber after nanowire preparation are temperature 800 ° C, pressure
  • GaSb / Ga Al Sb / AlSb nanorods created this time were irradiated with 365 nm light to produce a luminance meter.
  • the emission intensity was improved 1.5 times and the emission lifetime was improved 1.2 times.

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Abstract

　従来のコア／シェル型のナノサイズの半導体よりも優れた光学特性（発光強度、発光寿命）を有する半導体ナノ粒子および半導体ナノロッドを提供することを目的とする。この目的はコア層と中間層とシェル層とを含む、平均粒径が２～５０ｎｍの範囲の三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドであり、上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、シェル層を形成する結晶のバンドギャップが、コア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きく、かつ中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドによって達成される。

Description

明 細 書
三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッド
技術分野
[0001] 本発明は三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドに関する。
背景技術
[0002] 半導体ナノ粒子や半導体ナノロッド等のナノサイズの半導体は、その大きさがナノメ 一トルサイズであるため、バンドギャップエネルギーの増大、励起子の閉じ込め効果 など量子サイズ効果を発現し、例えば、良好な光吸収特性および発光特性などの光 学特性を示すことが知られている。そのため近年では、ナノサイズの半導体に関する 研究報告が活発になされるだけでなぐ蛍光体としてディスプレー、バイオメディカル 、および光通信素子等様々な用途での検討が進められている。
[0003] 例えば、有機分子をコア Zシェル型半導体ナノ粒子の一つである、 Si/SiO
2型半 導体ナノ粒子の表面に結合した生体物質標識剤が検討されている (例えば、特許文 献 1参照。）。
特許文献 1：特開 2005-172429号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 従来のコア Zシェル型のナノサイズの半導体において、コア層が本来有している優 れた光学特性は未だ充分に発揮されて ヽるとは ヽえなかった。従来のコア zシェル 型のナノサイズの半導体よりも優れた光学特性を有する半導体ナノ粒子および半導 体ナノロッドを提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0005] 本発明者らは上記課題を検討し、特定の結晶により形成されたコア層と中間層とシ エル層とを含む、三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドでは優れた 光学特性を有することを見出し、本発明を完成させた。
[0006] すなわち本発明は、
コア層と中間層とシェル層とを含む、平均粒径が 2〜50nmの範囲の三層型半導体 ナノ粒子であり、上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、シェル層を形成 する結晶のバンドギャップ力 コア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きぐか つ中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル 層を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノ粒子である。
[0007] また本発明はコア層と中間層とシェル層とを含む、平均直径が 2〜50nmの範囲の 三層型半導体ナノロッドであり、上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、 シェル層を形成する結晶のバンドギャップ力 コア層を形成する結晶のバンドギヤッ プよりも大きぐかつ中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の 格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノ ロッド、。
[0008] 前記三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドは、コア層を形成する 結晶の組成が AB、シェル層を形成する結晶の組成が CBで表される場合に、中間層 を形成する結晶の組成が A C Bで表されてもよい。（上記において、 A、 Bおよび C
X 1-X
はそれぞれ異なる元素であり、 Xは 0く Xく 1の範囲の数である。 )
具体的には、コア層を形成する結晶の組成 GaAs、シェル層を形成する結晶の組 成が AlAsで表される場合、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Asであっても
0.5 0.5
よい。コア層を形成する結晶の組成が GaN、シェル層を形成する結晶の組成が A1N で表される場合、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Nであっても良い。コア
0.5 0.5
層を形成する結晶の組成が GaP、シェル層を形成する結晶の組成が A1Pで表される 場合、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Pであってもよい。コア層を形成する
0.5 0.5
結晶の組成が GaSb、シェル層を形成する結晶の組成が AlSbで表される場合、中間 層を形成する結晶の組成が Ga Al Sbであってもよい。
0.5 0.5
[0009] またコア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が 3 %以下であることが好まし!/、。
発明の効果
[0010] 本発明の三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドは、発光効率が高 V、、連続発光時の寿命が長!、等の優れた発光特性を有する。
図面の簡単な説明 [0011] [図 l]GaAs/Ga Al As/AlAsナノ粒子の製造工程図
0.5 0.5
[図 2]GaN/Ga Al N/A1Nナノワイアの製造工程図
0.5 0.5
符号の説明
[0012] 1 GaAsナノ粒子
2 GaAs/Ga Al Asナノ粒子
0.5 0.5
3 Ga Al As層
0.5 0.5
4 反応室
5 気化器
6 捕集器
7 AlAs層
8 GaAs/Ga Al As/AlAsナノ粒子
0.5 0.5
9 レーザー光
21 Si基板
22 SiO
2
23 Ga
24 Auナノ粒子
25 GaNコア
26 GaNナノワイア
27 Ga Al N層
0.5 0.5
28 GaN/Ga Al Nナノワイア
0.5 0.5
29 A1N層
30 GaN/Ga Al N/A1Nナノワイア
0.5 0.5
発明を実施するための最良の形態
[0013] 次に本発明につ 、て具体的に説明する。
[0014] なお本明細書において、三層型半導体ナノ粒子とは形がほぼ球状であり、三層型 半導体ナノロッドとは形が円筒形のものであり、長さが最大数十/ z mに達するいわゆ るナノワイア構造も含んで 、る。
[0015] また本明細書にぉ 、て、結晶の格子定数とは格子の稜の長さを 、 、、異なる長さの 稜が存在する結晶の場合には各稜の長さの平均値を 、う。
[0016] また本明細書において、結晶の格子定数は、上西勝三著、電子デバイス材料、日 本理工出版会（2002)、 pp.62、 63の範囲に記載されている値を示す。
[0017] また結晶のバンドギャップとは、上西勝三著、電子デバイス材料、日本理工出版会
(2002)、 p.62、小林洋史著、発光の物理、朝倉書店 (2000) P.108に記載されている 値を示す。
[0018] 〔三層型半導体ナノ粒子〕
本発明の三層型半導体ナノ粒子の構造は、コア層とシェル層との間に中間層を設 けた構造である。該三層型半導体ナノ粒子の平均粒径は 2〜50nmの範囲であり、 好ましくは 2〜： LOnmの範囲である。上記範囲の下限値を上回ると、原子が集合した 構造になり、バンドギャップが発生するため好ましぐ上記範囲の上限値を下回ると、 エキシトン (電子一正孔ペア）の閉じ込め効果により、発光効率が急に向上するため 好ましい。
[0019] 前記コア層とシェル層と中間層とはそれぞれ異なる結晶で形成されている。前記結 晶としては、シェル層を形成する結晶のバンドギャップがコア層を形成する結晶のバ ンドギャップよりも大きくなるように、選択する必要がある。例えばコア Zシェル力 sGaA s/AlAs, GaN/AIN,および GaPZAlP等が挙げられる。
[0020] また中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシ エル層を形成する結晶の格子定数との間の値となる。
[0021] 本発明の三層型半導体ナノ粒子は、従来のコア Zシェル型半導体ナノ粒子と比較 して発光効率が高ぐ連続発光時の寿命が長いという特徴が得られる。
[0022] この理由の詳細は明らかではないが、コア層とシェル層との間の格子定数を持つ中 間層を設けたため、格子の整合性が高まり、格子欠陥が減少する傾向にあるため本 来ナノ粒子が有する発光特性が充分に発揮されたためであると推定される。
[0023] また上記の条件を満たす本発明の三層型半導体ナノ粒子の好ましい態様としては 以下の三つの態様が挙げられる。
[0024] 本発明の三層型半導体ナノ粒子ではコア層が組成 ABの結晶で形成され、シェル 層が組成 CBの結晶で形成され、中間層が組成 A C Bの結晶で形成されているこ とが好ましい。（上記において、 A、 Bおよび Cは元素であり、 Xは 0<X< 1の範囲の 数でる。 )
前記コア層を形成する結晶の組成を AB、シェル層を形成する結晶の組成を CBで 表した時、中間層を形成する結晶の組成が A C Bで表せる結晶を用いると格子の
X 1-X
整合性がより高まり、格子欠陥が減少する傾向がより高まるためより優れた光学特性 を発揮できる。例としては、コア Zシェルが GaAsZAlAsの際は Ga Al As、コア Z x 1-x シェルが GaNZAINの際は Ga Al N、コア Zシェルが GaPZAlPの際は Ga Al P x 1-χ χ 1-χ およびコア Ζシェルが GaSbZAlSbの際は Ga Al Sbが挙げられる。中でも X=0.
X 1-x
5の時は ABの格子と CBの格子とのちょうど中間の格子である中間層を形成できるた め、最も格子欠陥を減らすことができるため、コア Zシェルが GaAsZAlAsの際は G a Al As、コア Zシェルが GaNZAINの際は Ga Al N、コア Zシェルが GaPZ
0.5 0.5 0.5 0.5
A1Pの際は Ga Al Pおよびコア/シェルが GaSb/AlSbの際は Ga Al Sb力 S好
0.5 0.5 0.5 0.5 ましい。またこれらの具体例では、コア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ 晶系である。
[0025] 本発明の三層型半導体ナノ粒子では、より優れた光学特性を発揮させると!、う観点 力もコア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ晶系であることが好ま 、。例 えば、コア Z中間層 Zシェルが GaAsZGa Al As/AlAs, GaN/Ga Al N/A x l-χ x 1-χ
1N、 GaP/Ga Al P/A1P,および GaSbZGa Al SbZAlSbが挙げられる。
x l-χ x 1-χ
[0026] 本発明の三層型半導体ナノ粒子では、より優れた光学特性を発揮させると!、う観点 力 コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が 3% 以下である結晶を用いる。
[0027] 前記コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が 3 %以下である結晶を用いると、格子定数の差が 3%以下では結晶の界面は結晶欠陥 の少な ヽェピタキシャル成長しやす 、ため、界面での格子欠陥の発生を減らせるた め好ましぐ例としては、コア Ζシェルがともに ZnS構造である GaAsZAlAsの時、格 子定数は 5. 65/5. 63A、コア Zシェルが GaPZAlPの時、格子定数は 5. 45/5 . 46Aおよびコア Zシェルが GaSbZAlSbの時、格子定数は 6. 08/6. 14A等が 挙げられる。 [0028] また前述した好ましい態様を同時に満たす場合、例えばコア Z中間層 Zシェルが GaAs/Ga Al As/AlAs, GaP/Ga Al PZAIPおよび GaSbZGa Al Sb
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
ZAISbでは格子欠陥がより少なくなる傾向があり、発光強度、発光寿命もより増加す る。
[0029] 本発明の三層型ナノ粒子の発光波長はその組成や粒径により異なる力 例えばコ ァが GaNであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば 370〜180nmにピーク を持つ発光波長となり、コアが GaAsであれば発光過程でエネルギーロスがな!、とす れば 870〜430nmの発光波長となり、コアが GaPであれば発光過程でエネルギーロス がないとすれば 550〜270nmの発光波長となり、コアが GaSbであれば発光過程でェ ネルギーロスがないとすれば 1770〜890nmの発光波長となる。
[0030] 上記のような波長で発光するため、コアが GaNであれば、紫の発光デバイスや発 光標識や、特に短波長の UV発光照射による患部治療に使うことが可能であり、コア 力 GaAsであれば、赤〜紫までの発光領域なので、粒子の径を変えれば赤、緑、青 の 3つの発色を全てカバーでき、ディスプレイ用途等に使うことが可能であり、 GaPで あれば、緑〜紫の発光デバイスや発光標識、 UV発光照射による患部治療に使うこと が可能であり、 GaSbであれば人体を透過しやすい赤外光の領域なので、体内診断 の標識として使うことが可能である。
[0031] 〈三層型半導体ナノ粒子の製法〉
三層型半導体ナノ粒子の製法としては例えばコア Z中間層 Zシェル力 sGaAsZGa Al AsZAlAsの例を考えると、コアとなる GaAsナノ粒子を液相成長で合成し、そ
0.5 0.5
の後、 Atomic Layer Deposition法、 MOCVD法、光 MOCVD法等で A1(CH )、 Ga(C
3 3
H )、 AsHガスにより、数原子の厚みの層力もなる Ga Al As中間層を成膜する。
3 3 3 0.5 0.5
Ga Al As中間層を成膜するための Ga(CH )ガスと Al(CH )ガスとの比率は 1 : 1
0.5 0.5 3 3 3 3
であるが、該ガスの比率を変えれば Gaと A1の比率を 1： 1以外にすることも可能であり 、 Ga(CH )ガスと A1(CH )ガスとの比率に応じて任意の範囲の Ga Al As中間層
3 3 3 3 X 1-X
を形成することができる。次に、 A1(CH )ガスと AsHガスのみとし、 AlAsのシェル層
3 3 3
を成長させるという方法が挙げられる。
[0032] 〔三層型半導体ナノロッド〕 本発明の三層型半導体ナノロッドの構造は、コア層とシェル層との間に中間層を設 けた構造である。該三層型半導体ナノロッドの断面の平均直径は 2〜50nmの範囲 であり、好ましくは 2〜： LOnmの範囲である。上記範囲の下限値を上回ると、原子が集 合した構造になり、バンドギャップが発生するため好ましぐ上記範囲の上限値を下 回ると、エキシトン (電子一正孔ペア）の閉じ込め効果により、発光効率が急に向上す るため好ましい。
[0033] 前記コア層とシェル層と中間層とはそれぞれ異なる結晶で形成されている。前記結 晶としては、シェル層を形成する結晶のバンドギャップがコア層を形成する結晶のバ ンドギャップよりも大きくなるように、選択する必要がある。例えばコア Zシェル力 sGaA s/AlAs, GaN/AIN,および GaPZAlP等が挙げられる。
[0034] また中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシ エル層を形成する結晶の格子定数との間の値となる。
[0035] 本発明の三層型半導体ナノロッドは、従来のコア Zシェル型半導体ナノロッドと比 較して発光効率が高ぐ連続発光時の寿命が長いという特徴が得られる。
[0036] この理由の詳細は明らかではないが、コア層とシェル層との間の格子定数を持つ中 間層を設けたため、格子の整合性が高まり、格子欠陥が減少する傾向にあるため本 来ナノ粒子が有する発光特性が充分に発揮されたためであると推定される。
[0037] 本発明の三層型半導体ナノロッドのコア層、シェル層および中間層としては、前記〔 三層型半導体ナノ粒子〕で記載した好ま 、態様つまり、コア層が組成 ABの結晶で 形成され、シェル層が組成 CBの結晶で形成され、中間層が組成 A C Bの結晶で
X 1-X
形成されて ヽる三層型半導体ナノロッド、コア層とシェル層と中間層とを形成する結 晶が同じ晶系である三層型ナノロッド、コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル 層を形成する格子定数との差が 3%以下である結晶を用いる三層型ナノロッドが同様 な理由で好適に用いられる。
[0038] 本発明の三層型ナノロッドの発光波長はその糸且成ゃ直径により異なる力 例えばコ ァが GaNであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば 370〜180nmにピーク を持つ発光波長となり、コアが GaAsであれば発光過程でエネルギーロスがな!、とす れば 870〜430nmの発光波長となり、コアが GaPであれば発光過程でエネルギーロス がないとすれば 550〜270nmの発光波長となり、コアが GaSbであれば発光過程でェ ネルギーロスがないとすれば 1770〜890nmの発光波長となる。
[0039] 上記のような波長で発光するため、コアが GaNであれば、紫の発光デバイスや発 光標識や、特に短波長の UV発光照射による患部治療に使うことが可能であり、コア 力 GaAsであれば、赤〜紫までの発光領域なので、粒子の径を変えれば赤、緑、青 の 3つの発色を全てカバーでき、ディスプレイ用途等に使うことが可能であり、 GaPで あれば、緑〜紫の発光デバイスや発光標識、 UV発光照射による患部治療に使うこと が可能であり、 GaSbであれば人体を透過しやすい赤外光の領域なので、体内診断 の標識として使うことが可能である。
[0040] 〈三層型半導体ナノロッドの製法〉
三層型半導体ナノロッドの製法としては例えば GaN/Ga Al N/A1Nの作成は次
0.5 0.5
の方法で達成される。まず GaNナノワイヤを Au触媒の CVD法で絶縁膜基板上に成 膜する。その後、その後、 Atomic Layer Deposition法、 MOCVD法、光 MOCVD法等 で A1(CH )、 Ga(CH )、 NHガスにより、数原子層からなる Ga Al N中間層を成
3 3 3 3 3 0.5 0.5
膜する。 Ga Al N中間層を成膜するための Ga(CH )ガスと A1(CH )ガスとの比率
0.5 0.5 3 3 3 3
は 1： 1であるが、該ガスの比率を変えれば Gaと A1の比率を 1： 1以外にすることも可 能であり、 Ga(CH )ガスと A1(CH )ガスとの比率に応じて任意の範囲の Ga Al N
3 3 3 3 X 1-X 中間層を形成することができる。次に、ガスを A1(CH H
3；) 3、 N
3の
みとし、 A1Nのシェル層を成長させるという方法が挙げられる。
実施例
[0041] 次の本発明について実施例を示して説明するが、本発明はこれらによって限定さ れるものではない。
[0042] 実施例 1
まず、 GaCl、 Na—K (ナトリウム-カリウム合金） ,As粉末,メトキシェチルエーテル， ォクタデカンチオール (ODT),トリェチルァミン，トルエン，水を用いて下記の溶液反応 で GaAsナノパーティクルを形成する。（文献: J. Luo etal, Mater.Res.Soc.Symp.Proc Vol828(2005)A5.20.1)
As+3(Na-K)→ (Na/K) As (Na/K) As+GaCl→GaAs + 3 (Na/K) CI
3 3
文献にあるように、この方法で直径 2〜5nmの GaAsナノ粒子が得られる。
[0043] 上記方法で得られた GaAsナノ粒子 1を表面に親水性を与えるための界面活性剤 T ween80の溶液に浸す。これにより GaAsナノ粒子は親水性になる（以下親水性 GaAs ナノ粒子とも記す。）。
[0044] 次に、図 1 a)に示すように、親水性 GaAsナノ粒子を気化器 5を用いて超音波により 微小液滴化する。ここに Heガスを通すことにより気ィ匕器 5で気化 (Tween80にくるまれ た GaAsナノ粒子が Heガス中に浮遊して 、る状態）させ、 CVD装置の反応室 4中に G aAsナノ粒子 1を Heガスをキャリアとして導入する。次に反応室 4に Ga Al As層を
0.5 0.5 形成するための原料ガス、 Ga(CH )、 A1(CH )、 AsHが導入される。反応室の温度
3 3 3 3 3
は 600°C、圧力は 1333Pa程度に保たれる。この条件は導入した Ga(CH )
3 3、 A1(CH )
3 3
、 AsHがぎりぎり反応しない領域である。このような高温では Tween80は GaAs表面
3
から脱離する。次に反応室の外力 Exdmerレーザーのレーザー光 9を照射するとレ 一ザ一光のエネルギーを受けた領域でのみ反応が起こり、 GaAsナノ粒子 1の周りに Ga Al As層 3が形成される。レーザー光照射部を通過すると、反応に必要なエネ
0.5 0.5
ルギ一与えられることは無 、のでそれ以上の反応は起こらな 、。最後にこのようにし て形成された GaAs/Ga Al Asナノ粒子 2を Heガスとともに界面活性剤 Tween80の
0.5 0.5
溶液へ導入することにより捕集器 6で捕集する。このようにして親水性 GaAs/Ga Al
0.5 0
Asナノ粒子を得ることが出来る。
.5
[0045] 次に、図 1 b)のように、親水性 GaAs/Ga Al Asナノ粒子 2を水中に溶かし He
0.5 0.5
でパブリングをすることにより気化器 5で気化させ、 CVD装置の反応室 4中に GaAs/ Ga Al Asナノ粒子を Heガスをキャリアとして導入する。次に反応室 4に AlAs層を
0.5 0.5
形成するための原料ガス、 A1(CH )
3 3、 AsHが導入される。反応室の温度は 600°C
3 、 圧力は 1333Pa程度に保たれる。この条件は導入した A1(CH )
3 3、 AsHがぎりぎり反応
3
しない領域である。このような高温では Tween80は GaAs表面から脱離する。次に反 応室の外から Excimerレーザーのレーザー光 9を照射するとレーザー光のエネルギ 一を受けた領域でのみ反応が起こり、 GaAs/Ga Al Asナノ粒子の周りに AlAs層
0.5 0.5
7が形成される。このようにして GaAs/Ga Al As/ AlAsナノ粒子 8が形成される。レ 一ザ一光照射部を通過すると、反応に必要な量より系に与えられるエネルギーが小 さくなるのでそれ以上の反応は起こらな 、。最後にこのようにして形成された GaAs/ Ga Al As/AlAsナノ粒子を捕集器 6で捕集する。
0.5 0.5
[0046] 以上の製法により、 3層構造をもつ GaAs/Ga Al As/AlAsナノ粒子が形成でき
0.5 0.5
た。今回作成した GaAs/Ga Al As/AlAsナノ粒子に 365nmの光を照射し、輝度
0.5 0.5
計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al As層形成工程を行なわず
0.5 0.5
、 GaAsナノ粒子の上に AlAsを形成した GaAs/ AlAsナノ粒子と比べ発光強度で 1.3 倍、発光寿命で 2.5倍の改善が見られた。
[0047] 実施例 2
まず Gaのナノ粒子を噴霧法により形成し、 NH雰囲気中で加熱することにより直径
3
2〜5nmの GaNナノ粒子が得られる。
[0048] 実施例 1の GaAsナノ粒子を上記 GaNとし、実施例 1の AsHを NHとした以外は実
3 3
施例 1と同様に行ない、 3層構造をもつ GaN/Ga Al N/A1Nナノ粒子が形成できた
0.5 0.5
。今回作成した GaN/Ga Al N/A1Nナノ粒子に 365nmの光を照射し、輝度計で発
0.5 0.5
光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al N層形成工程を行なわず、 GaNナ
0.5 0.5
ノ粒子の上に A1Nを形成した GaN/AINナノ粒子と比べ発光強度で 1.2倍、発光寿命 で 1.8倍の改善が見られた。
[0049] 実施例 3
まず、 GaCl、 Na—K (ナトリウム-カリウム合金） ,Ρ粉末,メトキシェチルエーテル，ォ クタデカンチオール (ODT),トリェチルァミン，トルエン，水を用いて下記の溶液反応で GaPナノパーティクルを形成する。
P+3(Na-K)→ (Na/K) P
3
(Na/K) P+GaCl→GaP + 3 (Na/K) CI
3 3
この方法で直径 2〜5nmの GaPナノ粒子が得られる。
[0050] 実施例 1の GaAsナノ粒子を上記 GaPとし、実施例 1の AsHを PHとし、反応室の
3 3
温度は 550°C、圧力は 1333Pa程度に保つこと以外は実施例 1と同様に行ない、 3層構 造を
もつ GaP/Ga Al P/A1Pナノ粒子が形成できた。今回作成した GaP/Ga Al P/ A1Pナノ粒子に 365 の光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その 結果、 Ga Al P層形成工程を行なわず、 GaPナノ粒子の上に A1Pを形成した GaP
0.5 0.5
/A1Pナノ粒子と比べ発光強度で 1.4倍、発光寿命で 1.5倍の改善が見ら
れた。
[0051] 実施例 4
まず、 GaCl Na—K (ナトリウム-カリウム合金）， Sb粉末,メトキシェチルエーテル， ォクタデカンチオール (ODT),トリェチルァミン，トルエン，水を用いて下記の溶液反応 で GaSbナノパーティクルを形成する。
Sb+3(Na-K)→ (Na/K) Sb
3
(Na/K) Sb+GaCl→GaSb + 3 (Na/K) CI
3 3
この方法で直径 2 5nmの GaSbナノ粒子が得られる。
[0052] 実施例 1の GaAsナノ粒子を上記 GaSbとし、実施例 1の AsHを SbHとした以外は
3 3
実施例 1と同様に行ない、 3層構造をもつ GaSb/Ga Al Sb/AlSbナノ粒子が形成
0.5 0.5
できた。今回作成した GaSb/Ga Al Sb/AlSbナノ粒子に 365nmの光を照射し、輝
0.5 0.5
度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al Sb
0.5 0.5
層形成工程を行なわず、 GaSbナノ粒子の上に A1Pを形成した GaSb/AlSbナノ粒 子と比べ発光強度で 1.5倍、発光寿命で 1.2倍の改善が見られた。
[0053] 実施例 5
まず、 SiO 22を 10nm堆積した Si基板 21上に Auナノ粒子 24を塗布法にてコートす
2
る。これを図 2a)のように、石英チューブからなる反応室 20に置き、 3cm程度はなして Ga粒 23を置き NHを 30sccm程度流し、 900°Cに保つ。これにより GaN26ナノワイア
3
が形成できる。（文献: S. Han etal, Mater.Res.Soc.Symp.ProcVol776(2003)Q8.26.1) 次に、図 2 b)のように、このようにして得られた GaNナノワイアの付着した基板を C VD装置の反応室 20中に置く。次に反応室に Ga Al N層を形成するための原料ガ
0.5 0.5
ス、 Ga(CH ) A1(CH ) NHが導入される。反応室の温度は導入した A
3 3 3 3 3
1(CH ) AsHが反応する領域、例えば 700°C、圧力は 1333Pa程度に保たれる。する
3 3 3
と CVD反応により、 Ga Al N層 27が GaNナノワイア上に成長する。このときガスの
0.5 0.5
量、反応時間を調整し、 Ga Al N層 27の厚さを数原子層から lnm程度にすること ができる。また、ここには図示していないが、 Ga Al N層 27は当然 SiO 22の上に
0.5 0.5 2 も成膜する。ただしこれは議論の本質ではな 、ので図示して ヽな 、。
[0054] 次に図 2 c)のように同じ CVD装置の反応室中に A1N層を形成するための原料ガ ス、 A1(CH )、 NHが導入される。反応室の温度は例えば 700°C、圧力は 1333Pa程
3 3 3
度に保たれる。すると CVD反応により、 A1N層 29が GaN/Ga Al Nナノワイア 28上
0.5 0.5
に成長する。このようにして形成された GaN/Ga Al N/ A1Nナノワイア 30が形成さ
0.5 0.5
れた。また、ここには図示していないが、 A1N層 29は当然 SiO 22の上にも成膜する
2
。ただしこれは議論の本質ではな 、ので図示して ヽな 、。
[0055] 形成されたナノワイアは、前述したような Tween80に浸し親水化処理した後、水中で 超音波をかけることにより、 Si基板 21から引き離せばよい。
[0056] ナノワイア構造では長さ 10 μ mとすれば、長さ方向に 10nmのナノ粒子が 1000個つな 力 Sつた構造になるため、 1個当たりでみれば一般のナノ粒子よりもその明るさは 1000 倍程度明るくなるという利点がある。
[0057] 以上の製法により、 3層構造をもつ GaN/Ga Al N/ A1Nナノロッドが形成できた。
0.5 0.5
今回作成した GaN/Ga Al N/A1Nナノロッドに 365nmの光を照射し、輝度計で発
0.5 0.5
光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al N層形成工程を行なわず、 GaNナ
0.5 0.5
ノロッドの上に A1Nを形成した GaN/ A1Nナノロッドと比べ発光強度で 1.2倍、発光寿 命で 2倍の改善が見られた。
[0058] 実施例 6
実施例 1の NHを AsHとし、ナノワイア作成の際の条件を 40sccm、 900°Cとした以
3 3
外は同様に行なうことで GaAs/Ga Al As/ AlAsナノロッドが形成できる。
0.5 0.5
[0059] 今回作成した GaAs/Ga Al As/AlAsナノロッドに 365nmの光を照射し、輝度計
0.5 0.5
で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al As層形成工程を行なわず、
0.5 0.5
GaAsナノロッドの上に AlAsを形成した GaAs/AlAsナノロッドと比べ発光強度で 1.3 倍、発光寿命で 1.4倍の改善が見られた。
実施例 7
実施例 1の NHを PHとし、ナノワイア作成の際の条件を 40sccm、 900°Cとし、その
3 3
後の反応室の条件を温度 800°C、圧力は 1333Pa程度に保った以外は同様に行なうこ とで GaP/Ga Al P/A1Pナノロッドが形成できる。
0.5 0.5
[0060] 今回作成した GaP/Ga Al P/A1Pナノロッドに 365nmの光を照射し、輝度計で発
0.5 0.5
光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al P層形成工程を行なわず、 GaPナ
0.5 0.5
ノロッドの上に A1Pを形成した GaP/ A1Pナノロッドと比べ発光強度で 1.3倍、発光寿命 で 1.4倍、発光寿命で 1.5倍の改善が見られた。
[0061] 実施例 8
実施例 1の NHを SbHとし、ナノワイア作成後の反応室の条件を温度 800°C、圧力
3 3
は 1333Pa程度に保った以外は同様に行なうことで GaSb/Ga Al Sb/AlSbナノロッ
0.5 0.5
ドが形成できる。
[0062] 今回作成した GaSb/Ga Al Sb/AlSbナノロッドに 365nmの光を照射し、輝度計
0.5 0.5
で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、 Ga Al Sb層形成工程を行なわず、
0.5 0.5
GaSbナノロッドの上に AlSbを形成した GaSb/AlSbナノロッドと比べ発光強度で 1.5 倍、発光寿命で 1.2倍の改善が見られた。

Claims

請求の範囲
[1] コア層と中間層とシェル層とを含む、平均粒径が 2〜50nmの範囲の三層型半導体 ナノ粒子であり、
上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、
シェル層を形成する結晶のバンドギャップ力 コア層を形成する結晶のバンドギヤッ プよりも大きぐかつ
中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層 を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノ粒子。
[2] コア層と中間層とシェル層とを含む、平均直径が 2〜50nmの範囲の三層型半導体 ナノロッドであり、
上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、
シェル層を形成する結晶のバンドギャップ力 コア層を形成する結晶のバンドギヤッ プよりも大きぐかつ
中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層 を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノロッド。
[3] コア層を形成する結晶の組成が AB、シェル層を形成する結晶の組成が CBで表さ れ、中間層を形成する結晶の組成が A C Bで表される請求の範囲第 1項に記載の
X 1-X
三層型半導体ナノ粒子。
(上記において、 A、 Bおよび Cはそれぞれ異なる元素であり、 Xは 0<X< 1の範囲の 数である。 )
[4] コア層を形成する結晶の組成が AB、シェル層を形成する結晶の組成が CBで表さ れ、中間層を形成する結晶の組成が A C Bで表される請求の範囲第 2項に記載の
X 1-X
三層型半導体ナノロッド。
(上記において、 A、 Bおよび Cはそれぞれ異なる元素であり、 Xは 0<X< 1の範囲の 数である。 )
[5] コア層を形成する結晶の組成が GaAs、シェル層を形成する結晶の組成が AlAsで 表され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Asで表される請求の範囲第 3項
0.5 0.5
に記載の三層型半導体ナノ粒子。
[6] コア層を形成する結晶の組成が GaAs、シェル層を形成する結晶の組成が AlAsで 表され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Asで表される請求の範囲第 4項
0.5 0.5
に記載の三層型半導体ナノロッド。
[7] コア層を形成する結晶の組成が GaN、シェル層を形成する結晶の組成が A1Nで表 され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Nで表される請求の範囲第 3項に記
0.5 0.5
載の三層型半導体ナノ粒子。
[8] コア層を形成する結晶の組成が GaN、シェル層を形成する結晶の組成が A1Nで表 され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Nで表される請求の範囲第 4項に記
0.5 0.5
載の三層型半導体ナノロッド。
[9] コア層を形成する結晶の組成が GaP、シェル層を形成する結晶の組成が A1Pで表 され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Pで表される請求の範囲第 3項に記
0.5 0.5
載の三層型半導体ナノ粒子。
[10] コア層を形成する結晶の組成が GaP、シェル層を形成する結晶の組成が A1Pで表 され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Pで表される請求の範囲第 4項に記
0.5 0.5
載の三層型半導体ナノロッド。
[11] コア層を形成する結晶の組成が GaSb、シェル層を形成する結晶の組成が AlSbで 表され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Sbで表される請求の範囲第 3項
0.5 0.5
に記載の三層型半導体ナノ粒子。
[12] コア層を形成する結晶の組成が GaSb、シェル層を形成する結晶の組成が AlSbで 表され、中間層を形成する結晶の組成が Ga Al Sbで表される請求の範囲第 4項
0.5 0.5
に記載の三層型半導体ナノロッド。
[13] コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が 3%以 下である請求の範囲第 1項に記載の三層型半導体ナノ粒子。
[14] コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が 3%以 下である請求の範囲第 2項に記載の三層型半導体ナノロッド。
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