高輝度可視光蛍光体として動作する新規な半導体量子ドットの合成とEL素子への応用

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18360317
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小俣 孝久 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教授 (80267640)
• Keywords: 化合物半導体 / 量子ドット / 蛍光体 / 薄膜化 / EL素子

Research Abstract

(1)赤〜青の可視光全域を発光する量子ドットの合成
本年度はCuInS_2とCuInSe_2に絞って、ナノ結晶のHot-surfactant法での合成方法を検討した。界面活性剤でかつ原料中の錯形成剤でもあるアルキルアミンの添加量、および添加してからの保存時間により、カルコパイライト型とウルツ型のCuInS_2ナノ結晶の作り分けができた。いずれの構造のナノ結晶も粒径5nm程度で、光学吸収端は概ね710nm程度であった。ウルツ型のナノ結晶は蛍光性がなく、カルコパイライト型ナノ結晶では930nmに蛍光が観測できた。この蛍光は欠陥に起因するものと帰属された。
CuInSe_2については、通常の方法により作製したナノ結晶を一旦回収後、アミン溶媒中に再分散し200-300℃でアニールすると、ナノ結晶の結晶性の上昇に伴い蛍光波長が短波長へシフトし、かつ輝度が増大することがわかった。
(2)ワイドバンドギャップ半導体での被覆による高輝度化
上記で得られた粒径5.3nmのCuInS_2をZnSで被覆した。結果、被覆前から観測される930nm付近の蛍光に加え、730〜740nmに新たな蛍光帯が現れた。光学吸収端が710nm程度であることを考慮すると、そのStokesシフトは70〜100meVであり、励起子の蛍光である可能性が高い。粒子径は条件によりさらに小さくすることが可能であるので、ZnSで被覆したCuInS_2ナノ結晶で緑色、青色へと蛍光波長を短波長化する目処がたった。
(3)量子ドットの薄膜化
Zn-Cu-In-S系量子ドットを用いた薄膜化の検討を進めた。薄膜化には室温での蒸気圧の高い界面活性剤が適していることが明らかとなった。ガラス基板を用い目視で蛍光が観測できる量子ドット薄膜を得られた。