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JP2005101601A - 半導体ナノ結晶の表面処理による量子効率の向上 - Google Patents

半導体ナノ結晶の表面処理による量子効率の向上 Download PDF

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Abstract

【課題】 全ての発光波長領域にて、特に、青色領域で発光する量子ドットにて適用可能であり、処理後に発光特性が変化することなく量子効率を向上させることが可能な方法を提供する。
【解決手段】 化学的湿式合成法によって形成された半導体ナノ結晶を還元剤で表面処理して量子効率を向上させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ナノ結晶の表面処理による量子効率の向上に関し、より詳しくは、化学的湿式方法によって形成された半導体ナノ結晶において、発光波長及び発光波長の分散度などの発光特性を変化させることなく、量子効率を向上させる方法に関する。
半導体化合物をナノサイズの結晶に製造すると、その物質のバルクエキシトンボア半径(bulk exciton Bohr radius)よりも小さい領域で、量子閉じ込め(quantum confinement)効果が見られ、このような量子閉じ込め効果によって、半導体物質の特性として現われたバンドギャップエネルギーが変化する。
半導体化合物が可視光領域で発光する場合、ナノ結晶にしてサイズを小さくすると、特定の大きさ以下で、バンドギャップエネルギーが増加し始めて、発光領域が青色領域に移動する青色シフト(blue shift)が観察される。このような量子ドット(quantum dot)物質の特性を用いて、物質自体の特性、構造、形態、及び大きさを調節して前記バンドギャップを調節することにより、様々なエネルギー準位を作り出すことができる。
近年、配位可能な有機溶媒に、前駆体物質を、界面活性剤と共に入れて様々なサイズのナノ結晶を成長させる化学的湿式合成法が多く行われている。この合成法では、結晶が成長しながら有機溶媒が自然に量子ドット結晶表面に配位されて分散剤の役割を果たし、量子ドットの成長をナノサイズに調節する。この方法は、使用される前駆体の濃度、有機溶媒の種類、合成温度、合成時間などを変化させることにより、様々なサイズの量子ドットを合成することができるという利点がある。
ところが、合成される量子ドットの大きさが非常に小さいため、体積対比表面の面積が増加し、これにより表面に欠陥(defect)が生じ易く、これらがエネルギーバンドギャップの間における様々なエネルギートラップとして作用し、量子ドットの発光効率を低くする。小さいサイズの量子ドットを合成すると、このような現象はさらに激しくなる。
従来においては、量子ドットの発光効率を増加させるための方法は２つに大別される。一つは、安定性有機物質または無機物質で、量子ドットの表面に保護膜を被覆する方法(surface passivation)である。
量子ドットの表面を取り囲んでいる有機分散剤の種類によって発光効率が異なるが、これに対してはトリオクチルホスホン酸に取り囲まれたＣｄＳｅ量子ドットの表面を、アリルアミンまたはドデシルアミンで置換すると、発光効率が４０〜５０％増加することが知られている（非特許文献１）。
無機物保護膜は、有機物より一層安定でその効果が著しいため、さらに多くの研究が行われてきた。これらは、元々の量子ドットであるコア(core)部分と無機物質保護膜であるシェル(shell)からなる構造を有するが、発光効率の増加したコア・シェル構造を有する量子ドット物質及びその製造方法が知られている（特許文献１、及び特許文献２）。
このように形成されたコア・シェル構造の半導体化合物量子ドットは発光効率が３０％〜５０％まで増加することが知られている。ところが、この方法は、合成過程よりさらに煩わしいコーティングを経なければならず、コーティングを行う過程中に量子ドットの発光波長が変化し、大きさの分布が変化する可能性があって発光波長分布がさらに広くなるという欠点がある。
これと同時に、コア・シェル構造間の格子間不一致(mismatch)、シェルの厚さが厚くなるにつれて現われるインタフェースストレイン(interface strain)などによって発光効率が却って減少する虞もあり、また、コーティング工程自体が難しくて再現性が低下するうえ、コアとシェルを構成する物質の特性に応じて構成できる物質には制限がある。
もう一つは、新しい形の量子ドット合成である。本発明者は、近年、より簡単な方法で合成されながらも高い発光効率を有する、合金(alloy)型と推定される量子ドットを開発し出願した（特許文献３）。
この方法は、２つ以上の同族前駆体を、他の族の前駆体と共に混合物の形で、同時に有機溶媒に加えて反応させることにより、三成分系量子ドットを合成する方法であって、既存のコア・シェル構造を有する量子ドット合成方法に比べて容易且つ簡便であるうえ、発光効率を非常に向上させるという効果がある。
これと同様に、三成分系量子ドットの合成時に合成前駆体の割合に応じて均一な合金構造(homogenous alloy)になったり、組成の変化(gradient)を有したりする量子ドットを合成すること、また、コア・シェル型の構造を合成した後、高温で熱処理し、高い発光効率を有する合金型の量子ドットを合成することが知られている（非特許文献２）。
前述した既存の方法では、いずれも、量子効率を増進させるという効果はあるが、特に、高エネルギーの青色領域で発光する量子ドットの量子効率についてはあまり知られていない。これは、小さい量子ドットを合成する際に、表面に生成されるエネルギートラップによって引き起こされる問題が解決されていないことを意味する。
米国特許６、３２２、９０１号 米国特許６、２０７、２２９号 韓国特許出願第２００３−４９５４７ Ｎａｎｏ ｌｅｔｔｅｒｓ、２００１、１、２０７〜２１１ ＪＡＣＳ、２００３、１２５、８５８９〜８５９４
本発明は、従来技術のかかる問題点を解決するためのもので、その目的は、全ての発光波長領域で、特に、青色領域で発光する量子ドットに適用可能であり、処理後に発光特性が変化することなく量子効率を向上させることが可能な方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、量子効率が向上するように表面処理された半導体ナノ結晶及びこれを含む有機電気発光素子を提供することにある。
すなわち、本発明の一側面は、化学的湿式合成法によって製造された半導体ナノ結晶を還元剤で表面処理して量子効率を向上させる方法を提供することである。
このような方法とすることにより、表面処理後に発光特性が変化することなく、半導体ナノ結晶の量子効率を向上させることが可能となる。
本発明の他の側面は、還元剤によって表面処理された半導体ナノ結晶を提供することである。
このように表面処理された半導体ナノ結晶は、特に可視光領域で純粋なスペクトルを得ることができるので、電気発光素子の発光層形成時に有益である。
本発明のさらに他の側面は、多数の有機層及び無機層からなる電気発光素子において、発光層が、還元剤によって表面処理された半導体ナノ結晶を含むことを特徴とする有機電気発光素子を提供することである。
このような半導体ナノ結晶を含む有機電気発光素子は、無機有機化合物からなる有機発光素子であるため、特別な装置、または、方法を必要とせず、通常の発光材料を用いた有機電気発光素子の製造方法により提供することができる。
本発明によれば、化学的湿式合成法で合成した半導体ナノ結晶を簡単に表面処理して発光効率を増加させることができる。このように処理された半導体ナノ結晶は、発光領域３００ｎｍ〜１３００ｎｍで優れた発光効率を有するので、ディスプレイ、センサ、エネルギー分野などの様々な分野に応用できる。
以下、本発明をより詳細に説明する。本発明が適用される半導体ナノ結晶は、一般に知られている化学的湿式合成法で形成される。これをより詳しく説明すると下記の通りであるが、これによりその形成方法が制限されるものではない。
化学的湿式方法によって半導体ナノ結晶を合成するために、ナノ結晶を安定的に分散させることが可能な分散溶媒を使用する。
この際、分散溶媒は、半導体ナノ結晶の表面に配位することが可能でなければならず、ある程度のバルキネス(bulkiness)を持つことにより、結晶の成長速度が調節可能でなければならず、また、結晶成長温度で安定し、ナノ結晶と配位された状態でナノ結晶を分散させることが可能でなければならないという特性を有する。
このような分散溶媒は、アルキルホスフィン、アルキルホスフィンオキサイド、アルキルアミンなどを例として挙げることができ、好ましくは、ホスフィン、ホスフィンオキサイドまたは窒素が量子ドットの表面と配位し、沸点が高く、アルキル基の炭素が約８〜１６個程度であるアルキルアミンが用いられる。また、分散溶媒は同時に１種以上を混合して使用することもできる。
このような分散溶媒は、空気中に比較的安定して存在するが、温度が高い場合には酸化する特性を示す可能性があるので、比較的反応活性のない雰囲気を保つために合成過程で窒素またはアルゴン雰囲気を維持する必要があり、必要に応じては加圧を行う。
一方、半導体ナノ結晶の製造時には、結晶表面に配位させて安定化する目的で、選択的に分散剤が添加できる。このような分散剤としては、具体的に、炭素数２〜１８のアルキルカルボン酸、炭素数２〜１８のアルケニルカルボン酸、炭素数２〜１８のアルキルスルホン酸、炭素数２〜１８のアルケニルスルホン酸、炭素数２〜１８のホスホン酸、炭素数２〜１８のアルキルアミン、炭素数２〜１８のアルケニルアミンなどを使用することができ、より好ましくは、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ヘキシルホスホン酸、ｎ−オクチルホスホン酸、テトラデシルホスホン酸、オクタデシルホスホン酸、ｎ−オクチルアミン、ヘキサデシルアミンなどの物質が用いられる。
反応は、適切な溶媒と雰囲気を維持し、反応系の温度を所望の温度に合わせて行われるが、この際、反応系の温度分布がないほど理想的であると言える。結晶の成長速度に合わせて反応の温度を設定するが、この反応温度は合成しようとする物質によって異なり、通常は、２５〜５００℃、好ましくは２５〜３５０℃の間になる。
反応系の温度が一定の水準で維持されると、半導体化合物の前駆物質が注入されるが、この際、全ての前駆体が同時に反応系に注入できるように速度を調節することが重要な因子となる。
半導体化合物の前駆体として、一般に金属前駆体(metal precursor)と、カルコゲニド前駆体(chalcogenide precursor)を、別々に添加して反応させる方法が公知の方法として知られている。(J. Am. Chem. Soc. 115, 8706-8715(1993))。また、その他にも、単一系前駆体を用いて熱分解させる方法も使用することができることが知られている。(J. Mater. Chem., 9, 2433-2437(1999))。
単一系前駆体を用いる場合、溶媒で前駆体をよく溶かして分散させる。この際、溶媒は前駆体溶液の注入時に、速度を調節し得るように粘度(viscosity)が低く、また、反応系で安定的な物質を使用する。主にピリジン、アルキルアミン、アルキルホスフィンなどが好ましい。
前駆体の注入後、前駆体が速く反応系に分散できるように攪拌を行わなければならず、また、反応中に発生する気体などを適切に噴出し得るような装置でなければならない。結晶型の量子ドットが成長できるように、攪拌を一定の時間維持した後、反応を終了するか、または、コア・シェル型の量子ドットを合成する場合は、コアの表面にコーティングする無機物質の前駆体をさらに注入する。
シェルに該当する前駆体を注入する場合は、全ての物質が、他の核を生成することなく、既に生成されたコアの表面上に塗布されるように、反応系内で一定の濃度範囲内で徐々に注入する。
ナノ結晶の結晶成長を止めるためには、反応系の温度を急激に降温しなければならないが、このためには沸点の低い有機溶媒を加えて、溶媒の蒸発(vaporization)エネルギーで熱を吸収する。投入された溶媒の量を調節して反応系を一定の温度以下に低めることにより、結晶の成長を終了(quenching)させることができる。このように合成されたナノ結晶は、コロイド状態で溶媒内に分散しているので、遠心分離によって溶媒から量子ドットを分離することができる。
合成された半導体ナノ結晶は、反応条件によっていろいろの形、すなわち球(sphere)形、棒(rod)形、トライポッド(tripod)形、テトラポッド(tetrapod)形、立方体(cube)形、ボックス(box)形、星(star)形などを有することができ、高分解能透過電子顕微鏡(ＨＲＴＥＭ)を用いて量子ドットの形と結晶面の表面などを分析することができる。
本発明では、前記のように湿式合成法で形成された半導体ナノ結晶を還元剤で処理し、表面に存在する分散剤とナノ結晶の表面で酸化還元反応を起こすことにより発光効率を向上させる。
本発明の方法は、半導体ナノ結晶の種類に制限されずに適用可能であるが、具体的には、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓなどからなる半導体ナノ結晶に適用できる。一方、コア・シェル構造のナノ結晶または合金型のナノ結晶にも制限されずに適用可能である。このような半導体ナノ結晶の発光領域は、通常３００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲である。
還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウムなどのヒドリドイオン（Ｈ-）を生成することが可能な全種類の塩と、ヒドラジンなどの有機還元剤と、水素、硫化水素、アンモニアなどの還元雰囲気を造成することが可能な全てのガスと、そのガスを溶かした溶液などが使用できる。
表面処理時に、ナノ結晶と、投入される還元剤との重量比は、１：１０乃至１０：１の範囲であることが好ましい。この範囲から外れる場合、還元剤による酸化還元の反応程度が、ナノ結晶の表面処理に対し不十分であるか、或いは還元剤によって結晶の表面を汚染させるおそれがあるという問題点がある。
表面処理時に使用可能な溶媒としては、トルエン、クロロベンゼンなどの芳香族溶媒と、ヘキサン、オクタンなどのノルマルアルカン溶媒、メチレンクロライド、クロロホルムなどの非極性溶媒、またはエタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランなどの極性溶媒などを例として挙げることができる。
表面処理温度は、０〜１００℃、好ましくは１０〜５０℃である。温度が１００℃超過であれば、量子ドット同士がかたまり易く、温度が０℃未満であれば、反応速度が低すぎて好ましくない。処理効果が現われる時間は、量子ドットの種類によって異なるが、約１秒〜２日程度である。時間が前記範囲を外れると、反応が不十分であり、沈殿が起こる虞がある。
本発明の処理方法によれば、半導体ナノ結晶の量子効率が、好ましくは３０％以上、より好ましくは８５％まで向上できる。一方、本発明によって表面処理されたナノ結晶は、ディスプレイ、センサ、エネルギー分野などの様々な分野に応用でき、特に可視光領域で純粋なスペクトルを得ることができるので、電気発光素子の発光層形成に有益である。
このような半導体ナノ結晶を発光層に導入しようとする場合には、真空蒸着法、スパッタリング法、プリンティング法、コーティング法、インクジェット法、電子ビームを用いた方法などを使用することができる。ここで、半導体ナノ結晶発光層の厚さは５〜１００ｎｍであることが好ましい。
このような電気発光素子は、通常知られている陽極／発光層／陰極、陽極／バッファ層／発光層／陰極、陽極／正孔伝達層／発光層／陰極、陽極／バッファ層／正孔伝達層／発光層／陰極、陽極／バッファ層／正孔伝達層／発光層／電子伝達層／陰極、陽極／バッファ層／正孔伝達層／発光層／正孔遮断層／陰極などの構造で形成できるが、これらに限定されものではない。
この際、前記バッファ層の素材としては、通常用いられる物質を使用することができ、好ましくは銅フタロシアニン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリフェニレンビニレン、またはこれらの誘導体を使用することができるが、これらに限定されるものではない。
前記正孔伝達層の素材としては、通常用いられる物質を使用することができ、好ましくはポリトリフェニルアミンを使用することができるが、これに限定されるものではない。
前記電子伝達層の素材としては、通常用いられる物質を使用することができ、好ましくはポリオキサジアゾールを使用することができるが、これに限定されるものではない。
前記正孔遮断層の素材としては、通常用いられる物質を使用することができ、好ましくはＬｉＦ、ＢａＦ2、ＭｇＦ2などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。無機有機混合物からなる本発明の有機発光素子の製造は、特別な装置または方法を必要とせず、通常の発光材料を用いた有機電気発光素子の製造方法によって製造できる。
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。尚、これらの実施例は本発明を説明するためのもので、本発明は、これらの実施例に制限するものではない。
［実施例１］：ＣｄＳナノ結晶の合成及び表面処理
トリオクチルアミン(以下「ＴＯＡ」という)１６ｇ、オレイン酸１.９ｇ、及びカドミウムオキサイド１.６ｍｍｏｌを、同時に１２５ｍｌの還流凝縮器付フラスコに入れ、攪拌しながら温度を３００°Ｃに昇温した。
これとは別途に、Ｓ粉末をＴＯＰに溶かして、Ｓ濃度０.１Ｍ程度のＳ−ＴＯＰ錯体溶液を作り、このＳ−ＴＯＰ溶液１.０ｍｌを、前記混合物に、急速に注入し、攪拌しながら反応時間を約２分に維持した。これらの反応が終了すると、混合物の温度をできる限り速く常温に降温し、非溶媒(non solvent)であるエタノールを付加して遠心分離を行った。
遠心分離された沈殿物を除いた溶液を、デカントして別の容器に移し、前記沈殿物をトルエン８ｍｌに分散させた。このようにして作られたＣｄＳトルエン溶液のうち１ｍｌを、分取して０.０２ｇのＮａＢＨ4を入れた後、常温で約３０分間攪拌して処理した。
表面処理前後の光ルミネサンススペクトル(photoluminescence spectrum)と紫外線分光吸収スペクトルを測定した結果を、図１及び図２に示す。図１において、発光波長は４９０ｎｍであり、ＦＷＨＭは２５ｎｍ程度であった。図１より、表面処理を行うことにより、発光波長または発光波長の分布などを変化させることなく、スペクトルの強度(intensity)が大きく増加したことが分かった。
図２より、表面処理を行うことにより、吸収度の差をあまり大きくすることなく、類似形態の吸収スペクトルを示し、また、この際、表面処理前後の発光効率は１０％から８５％に大きく向上したことが分かった。
図３は還元剤処理後のＣｄＳナノ結晶の高解像度透過電子顕微鏡写真（ＨＲＴＥＭ、スケールバー＝５ｎｍ）であり、これにより、全体的に、粒子が均一な結晶構造を有することをが分かった。
図４は還元剤処理後、ＣｄＳナノ結晶を乾燥させて粉末状態で撮影した透過電子顕微鏡写真（ＴＥＭ、スケールバー＝２０ｎｍ）である。図４より、ナノ結晶の大きさ分布が一定であり、乾燥時に六方パッキング(hexagonal packing)構造を有していることが分かった。
［実施例２］：ＣｄＴｅナノ結晶の合成及び表面処理
ＴＯＡ１６ｇ、オレイン酸０.５ｇ、及びカドミウムアセテート０.２ｍｍｏｌを、同時に１２５ｍｌの還流凝縮器付フラスコに入れ、攪拌しながら温度を１８０℃に昇温した。これとは別に、Ｔｅ粉末をＴＯＰに溶かしてＴｅ濃度０.２Ｍ程度のＴｅ−ＴＯＰ錯体溶液を作った。
このＴｅ−ＴＯＰ溶液０.５ｍｌを、前記混合物に、急速に注入し、攪拌しながら反応時間を約３０秒に維持した。反応が終結すると、混合物の反応温度をできる限り速く常温に降温し、非溶媒のエタノールを付加して遠心分離を行った。
遠心分離された沈殿物を除いた溶液を、デカントして別の容器に移し、前記沈殿物をトルエン５ｍｌに分散させた。このようにして作られたＣｄＳトルエン溶液のうち１ｍｌを、分取して０.０２ｇのＮａＢＨ4を入れた後、常温で約１０分間攪拌して処理した。
表面処理前後の光ルミネサンススペクトル(photoluminescence spectrum)を測定した結果、発光波長は全て６２２ｎｍであり、ＦＷＨＭは６０ｎｍであった。処理前後の光励起発光効率は約５倍増加したことが分かった。
［実施例３］：ＣｄＳｅＳナノ結晶の合成及び表面処理
ＴＯＡ１６ｇ、オレイン酸０.５ｇ、及びカドミウムオキサイド０.４ｍｍｏｌを、同時に１２５ｍｌの還流凝縮器付フラスコに入れ、攪拌しながら温度を３００℃に昇温した。これとは別に、Ｓｅ粉末をＴＯＰに溶かしてＳｅ濃度０.２５Ｍ程度のＳｅ−ＴＯＰ錯体溶液を作り、Ｓ粉末をＴＯＰに溶かしてＳ濃度１.０Ｍ程度のＳ−ＴＯＰ錯体溶液を作った。
前記攪拌されている反応混合物にＳ−ＴＯＰ錯体溶液０.９ｍｌとＳｅ−ＴＯＰ錯体溶液０.１ｍｌの混合物を、急速に注入し、４分程度さらに攪拌した。反応が終結すると、反応混合物の反応温度をできる限り速く常温に降温し、非溶媒であるエタノールを付加して遠心分離を行った。
遠心分離された沈殿物を除いた溶液を、デカントして別の容器に移し、前記沈殿物をトルエン１０ｍｌに分散させた。このようにして作られたＣｄＳｅＳトルエン溶液のうち、１ｍｌを分取して０.０２ｇ程度のＮａＢＨ4を入れた後、常温で約３０分間処理した。
表面処理前後の光ルミネサンススペクトル(photoluminescence spectrum)を測定した結果、発光波長は５５２ｎｍであり、ＦＷＨＭは４０ｎｍ程度であった。処理前後の光励起発光効率は約３倍増加したことが分かった。
［実施例４］：ＣｄＳｅナノ結晶の合成及び表面処理
ＴＯＡ１６ｇ、オレイン酸０.５ｇ、及びカドミウムオキサイド０.４ｍｍｏｌを、同時に１２５ｍｌの還流凝縮器付フラスコに入れ、攪拌しながら温度を３００℃に昇温した。これとは別に、Ｓｅ粉末をＴＯＰに溶かしてＳｅ濃度１Ｍ程度のＳｅ−ＴＯＰ錯体溶液を作った。
前記攪拌されている反応混合物にＳｅ−ＴＯＰ錯体溶液１ｍｌの混合物を、急速に注入し、約１分間さらに攪拌した。反応が終了すると、反応混合物の反応温度をできる限り速く常温に降温し、非溶媒であるエタノールを付加して遠心分離を行った。
遠心分離された沈殿物を除いた溶液はデカントして別の容器に移し、前記沈殿物はトルエン１０ｍｌに分散させた。このようにして作られたＣｄＳｅトルエン溶液のうち１ｍｌを、分取して０.０２ｇ程度のＮａＢＨ4を入れた後、常温で約３０分間処理した。
表面処理前後の光ルミネサンススペクトル(photoluminescence spectrum)を測定した結果、発光波長は全て５２０ｎｍであり、ＦＷＨＭはそれぞれ３５ｎｍ程度であった。処理前後の光励起発光効率は約７倍増加したことが分かった。
［実施例５］：表面処理したＣｄＳｅナノ結晶を用いた電気発光素子の製作
パターニングされているＩＴＯ基板の上部に正孔伝達層としてＰＥＤＯＴ(Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene)を、５０ｎｍの厚さにスピンコーティングして１１０℃で１０分間熱処理し、その後、表面処理したＣｄＳｅ濃度１重量％で製造されたクロロベンゼン溶液をスピンコーティングした後、これを乾燥させて厚さ１０ｎｍの発光層を形成した。
前記発光層の上部にＡｌｑ3(tris(8-hydroxyquinoline)aluminum)を蒸着して、４０ｎｍ程度の電子輸送層を形成し、さらにＬｉＦを１ｎｍの厚さに蒸着し、アルミニウムを２００ｎｍの厚さに蒸着して電気発光素子を製造した。製造された電気発光素子の電気発光スペクトルを測定してこれを図５に示した。発光波長は約５２０ｎｍであり、ＦＷＨＭは約４０ｎｍであり、明るさは１０Ｃｄ／ｍ2、装置の効率は０.１％程度であった。
本発明の実施例１で形成されたＣｄＳナノ結晶の表面処理前後の光励起発光スペクトルである。 本発明の実施例１で形成されたＣｄＳナノ結晶の表面処理前後の紫外線分光吸収スペクトルである。 本発明の実施例１で形成されたＣｄＳナノ結晶の高解像度透過電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例１で形成されたＣｄＳナノ結晶の透過電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例５で製造された電気発光素子の発光スペクトルである。

Claims (16)

  1. 半導体ナノ結晶を還元剤で表面処理して半導体ナノ結晶の量子効率を向上させる方法。
  2. 前記半導体ナノ結晶が化学的湿式合成法によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法 。
  3. 前記半導体ナノ結晶がＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＩｎＡｓよりなる群から選択された少なくとも１種以上の物質で構成されたコア・シェル、合金型または変化(gradient)構造であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記還元剤としては、ヒドリドイオン（Ｈ-）を形成することが可能な塩、有機還元剤、還元性ガスまたは前記還元性ガスを溶かした溶液を使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. ナノ結晶の表面が、有機分散剤によって配位され、分散剤と親和力のある溶媒にナノ結晶が分散された状態で、還元処理または酸化処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記分散剤が、炭素数２〜１８のアルキルカルボン酸、炭素数２〜１８のアルケニルカルボン酸、炭素数２〜１８のアルキルスルホン酸、炭素数２〜１８のアルケニルスルホン酸、炭素数２〜１８のホスホン酸、炭素数２〜１８のアルキルアミン、及び炭素数２〜１８のアルケニルアミンよりなる群から選択された少なくとも１種以上の物質であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  7. 前記分散剤が、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ヘキシルホスホン酸、ｎ−オクチルホスホン酸、テトラデシルホスホン酸、オクタデシルホスホン酸、ｎ−オクチルアミン及びヘキサデシルアミンよりなる群から選択された少なくとも１種以上の物質であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  8. 前記ナノ結晶と、還元剤の重量比が、１：１０乃至１０：１であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 前記ナノ結晶の表面処理が、０〜１００℃の温度範囲で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  10. 前記ナノ結晶の表面処理が１秒〜２日間行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記ナノ結晶が球形、棒形、トライポッド形、テトラポッド形、立方体形、ボックス形、星形であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 前記ナノ結晶の大きさが１乃至５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. 請求項１に記載の方法によって形成された半導体ナノ結晶。
  14. 多数の有機層及び無機層からなる電気発光素子において、発光層が、請求項１２に記載の半導体ナノ結晶を含むことを特徴とする有機電気発光素子。
  15. 化学的に還元処理または酸化処理された表面を持つことを特徴とする半導体ナノ結晶。
  16. 前記還元性ガスが、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム、ヒドラジン、水素、硫化水素、アンモニア、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項４に記載の方法。
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