[发明专利]纳米粒子材料以及发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及纳米粒子材料以及发光器件，更具体而言，涉及具有核-壳结构的纳米粒子材料、以及使用该纳米粒子材料形成了发光层的EL元件(EL：Electro Luminescence)等发光器件。

背景技术

由于作为粒径为10nm以下的纳米粒子的量子点在载流子(电子、空穴)的封闭性方面出色，所以利用电子-空穴的再次结合能够容易地生成激子。因此，可期待来自自由激子的发光，能够实现发光效率高且发光光谱尖锐的发光。另外，由于量子点能够实现利用了量子尺寸效应的大的波长范围的控制，所以向EL元件、发光二极管(LED)、半导体激光等发光器件的应用备受瞩目。

在这种发光器件中，以高效率将载流子封闭在量子点(纳米粒子)内来使载流子再次结合并提高发光效率是重要的。而且，作为制成量子点的方法，已知有一种通过干式工艺制成量子点的自组装(自组织)法。

自组装法是在成为晶格失配那样的特定的条件下，使半导体层气相外延生长，并利用其应变自己形成三维的量子点的方法。例如若根据n型半导体基板与p型半导体层的晶格常数之差产生应变而不能够外延生长，则在产生了应变的部分形成量子点。

然而，在上述自组装法中，因为量子点在n型半导体基板上离散地分布，所以在邻接的量子点间产生间隙。因此，有时从p型半导体层输送来的空穴未被注入到量子点而被输送至n型半导体基板侧，或者从n型半导体基板输送来的电子未被注入到量子点而被输送至p型半导体基板，存在导致发光效率降低的可能。

并且，在上述自组装法中，也存在未被注入到量子点的载流子在量子点的外部再次结合而发光的可能。而且，若载流子如此在量子点的外部再次结合而进行发光，则存在在发光光谱中产生多个强度峰值，导致发光色纯度降低的可能。另外，也存在未被注入到量子点内的载流子即便在量子点外再次结合也不发光而成为所谓的非发光再次结合中心的情况，在这样的情况下，由于电能未转换成光能而作为热能被放出，所以存在导致发光效率进一步降低的可能。

鉴于此，在专利文献1中提案了一种半导体装置，该半导体装置具有：基板，具有由第一半导体形成的主表面；离散地分布在上述主表面上的多个量子点；覆盖层，由形成在上述量子点所分布的面上的第二半导体形成；以及势垒层，被配置在上述量子点所分布的面内中的、未配置上述量子点的区域的至少一部分，并由具有比上述第一以及第二半导体的带隙大的带隙的第三半导体或者绝缘材料形成。

即，在专利文献1中，如图23所示，使用n型GaAs(第一半导体)来形成基板101，并且使用p型GaAs(第二半导体)来形成覆盖层102。另外，使用自组装法使由InGaAs形成的量子点103离散地分布在基板101上，并且使用分子束外延法使具有比GaAs大的带隙能量的AlAs(第三半导体)在基板101上外延生长，然后，使该AlAs氧化来形成具有绝缘性的势垒层104。

这样，在专利文献1中，通过利用具有绝缘性的势垒层104填充量子点103间的间隙，使得载流子容易地注入到量子点103并促进量子点103内的电子-空穴的再次结合，由此实现了发光效率的提高。

另一方面，作为利用湿式工艺制成胶体量子点的技术，已知有专利文献2、专利文献3。

在专利文献2中提案了一种发光器件，该发光器件具备：发光层，由量子点形成，并通过电子以及空穴的再次结合来进行发光；n型无机半导体层，向上述发光层输送上述电子；p型无机半导体层，向上述发光层输送上述空穴；第一电极，用于将上述电子注入到上述n型无机半导体层；以及第二电极，用于将上述空穴注入到上述p型无机半导体层。

在该专利文献2中，如图24所示，利用具有载流子输送性良好的带结构的无机材料形成n型半导体层111以及p型半导体层112，在这些n型半导体层111与p型半导体层112之间夹设有成为发光层的量子点层113。

而且，从n型半导体层111输送来的电子、以及从p型半导体层112输送来的空穴利用隧穿效应通过量子点层113与载流子输送层(n型半导体层111以及p型半导体层112)之间的电位势垒而被注入到量子点层113，由此使载流子向量子点层113的注入效率提高。

另外，在专利文献3中提案了一种纳米粒子发光材料，该纳米粒子发光材料通过由纳米粒子形成的核部、由局部存在于该核部的表面的至少2种配体形成的壳部构成，该配体中的至少1种是空穴输送性配体，至少1种是电子输送性配体。