[发明专利]III族氮化物半导体纳米颗粒、核壳型颗粒及其制造方法

说明书

本发明提供实质上不含杂质且量子效率高的III族氮化物纳米颗粒。在使含有1种或2种以上III族元素M的材料在液相中反应而合成颗粒尺寸为16nm以下的III族氮化物半导体纳米颗粒时，使用三甲基铟作为含有1种或2种以上III族元素M的材料中的至少一种III族元素材料，在纳米颗粒的合成反应之前，将三甲基铟溶解于配位系溶剂中而前体化，使该前体与其他III族元素材料和氮源在溶剂中、在非活性气氛下在300℃以上反应而合成纳米颗粒。

技术领域

本发明涉及由Al、Ga、In等III族元素的氮化物构成的半导体纳米颗粒，特别是涉及不使用卤素系材料的III族氮化物半导体纳米颗粒的制造方法。

背景技术

氮化物纳米颗粒是期待应用于照明、显示器等EL器件、传感器或太阳能电池等受光元件、氢气制备等的光催化剂的材料。已知氮化物纳米颗粒在颗粒尺寸为玻尔半径的2倍以下时表现出量子效应，即使是相同组成的氮化物纳米颗粒，也能够通过改变颗粒尺寸来控制能隙，发光波长或光的吸收端的控制性大幅提高。

关于由Al_xGa_yIn_zN(0≤(x，y，z)≤1，x+y+z＝1)表示的III族氮化物的玻尔半径，AlN为2.3nm，GaN为3.3nm，InN为8.2nm，通过控制其组成和颗粒尺寸，能够从紫外到红外控制发光区域。特别是通过含有In，能够制造在可见光区域发光的氮化物纳米颗粒，发光效率提高。

III族氮化物纳米颗粒的制造方法一般是将III族元素材料和氮材料在液相中合成的化学合成法，可以通过化学合成法制造表现出量子效应的颗粒尺寸为16nm以下的纳米颗粒。作为III族元素材料，使用在化学合成时的加热时也能够保持稳定的碘化铟、碘化镓等卤素化合物。例如，专利文献1中公开了使用碘化铟和碘化镓来制造氮化物纳米颗粒的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2012-515803号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在使用卤素化合物作为合成原料的情况下，存在微量的卤素作为杂质而混入到所生成的氮化物颗粒中的问题。此外，关于卤素系材料，在材料制造工序上，铁族等过渡元素或Li、Na等碱金属元素作为残留物而残留，这些元素也与卤素同样地作为杂质混入到氮化物颗粒中。混入到颗粒中的杂质相对于被激发的载流子作为非发光中心发挥功能，因此导致发光效率的降低。特别是，铁族等过渡元素或Li、Na等碱金属元素即使是几ppm数量级的微量，也会导致致命性的发光效率的降低。

作为除卤素化合物以外的III族化合物，也有三甲基铟(以下记为TMIn)、三乙基铟等有机系III族化合物。这些化合物由于高纯度且材料本身不包含不需要的元素，因此在LED等的高品质的氮化物薄膜的制造中，有作为MOCVD法等气相生长的材料而利用的例子。但是，若TMIn加热至80℃以上，则存在引起伴有爆炸的剧烈的自分解反应的危险性。因此，无法在对其进行直接加热而反应、分解的化学合成中利用。特别是在氮化物纳米颗粒的化学合成中需要较高的热能，因此需要至少在100℃以上、优选150℃以上使材料反应、分解，无法将TMIn用作材料。另外，若发生自分解反应，则作为In金属析出，因此无法得到含有In的氮化物纳米颗粒，或者无法得到目标元素比率的氮化物。

本发明是为了解决上述现有的课题而完成的，其课题在于提供一种不使用卤素材料而通过化学合成来制造III族氮化物纳米颗粒的方法，另外由此提供不含卤素的III族氮化物纳米颗粒。

用于解决课题的手段