[发明专利]具有核-壳结构的Ga掺杂的InP量子点及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有核‑壳结构的Ga掺杂的InP量子点及其制备方法。该量子点包括InP纳米晶核、Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层以及壳层，Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层的组成为In_xGa_yP，壳层为ZnSe_zS_1‑z，其中，1≤x/y≤9，0≤z≤1。该量子点的荧光发射波长在610‑780nm内连续可调，且粒径均匀，其发射峰半峰宽较同波长的单纯InP量子点的明显要小。本发明以PH₃为磷源，通过在纳米晶核和壳层之间形成Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层，缓解了InP量子点因晶格错配带来的缺陷，具有成本低、环保、操作简单的特点，可广泛应用于照明、显示等领域。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料制备技术领域，具体而言，涉及一种具有核-壳结构的Ga掺杂的InP量子点及其制备方法。

背景技术

量子点，是一类具有明显量子尺寸效应和独特光学性能的无机半导体发光纳米晶，因其在照明、显示、太阳能和生物标记等领域的潜在应用价值，引起人们的广泛关注。近年来，量子点的开发和应用主要集中在含镉量子点体系，这主要得益于该类量子点较高的量子产率和稳定的光学性能。众所周知，镉是一种剧毒的重金属，一旦被人体摄入会造成很大的伤害。因此，国内外对含镉材料的使用都有着非常严格的规定，这无疑使得含镉量子点体系乃至整个量子点发光材料的应用和推广受到了限制。

在这样的趋势下，科研工作者逐渐将研究目标转向绿色环保型无镉量子点，并希望将其应用于工业化生产。目前，这类研究主要集中在III-V型量子点，特别是InP量子点方面。该类量子点多以有机类烷基膦为磷源，通过与脂肪酸铟反应并包覆ZnS壳层获得。但是，有机类烷基膦的价格昂贵，生产过程中原料成本高，并不能满足工业化生产的需要。另一方面，在InP量子点中，磷元素和铟元素的原子半径相差较大，形成量子点后因晶格失配形成缺陷，导致其半峰宽相比II-VI型量子点(含镉量子点体系)有明显的增大。且随着量子点粒径的增大，其缺陷增多，即荧光发射峰越大，半峰宽越大。另外，具有壳层包覆的InP量子点，例如InP/ZnS，其晶核与壳层的体相材料间有大约8％的晶格错配率，单纯的InP/ZnS核壳型量子点，其核壳界面间的缺陷是很难避免的。介于如上的这些原因，该类量子点的荧光性质在很大程度上受到了影响。

与有机类烷基膦相比，PH₃的成本低，较易获得和使用，是一类很好的磷源，能够克服现有技术中原料价格昂贵等缺点。在此基础上，如果可以发现或制备一种能够有效降低由晶格空位等原因造成的晶格缺陷的量子点，不仅可以提高InP量子点的质量和性能，还能够在一定程度上促进InP量子点的产业化发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的之一在于提供一种具有核-壳结构的Ga掺杂的InP量子点，该量子点的荧光发射波长在610-780nm内连续可调，且粒径均匀，其发射峰半峰宽较同波长的单纯InP量子点的明显要小。本发明还提供了具有核-壳结构的Ga掺杂的InP量子点的制备方法，该制备方法以PH₃为磷源，通过在纳米晶核和壳层之间形成Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层，缓解了InP量子点因晶格错配带来的缺陷。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有核-壳结构的Ga掺杂的InP量子点，包括InP纳米晶核、Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层以及壳层，Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层的组成为In_xGa_yP，壳层为ZnSe_zS_1-z，其中，1≤x/y≤9，0≤z≤1。

进一步地，InP纳米晶核的尺寸为1-2nm，Ga掺杂的InGaP纳米晶中间层的厚度不超过3nm，壳层的尺寸为1-10nm。

进一步地，量子点的发射波长为610-780nm。

进一步地，量子点的纳米晶核和/或中间层中还掺杂有锌元素。