(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層と中間層とシェル層とを含む、平均粒径が２〜５０ｎｍの範囲の三層型半導体ナノ粒子であり、
上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、
シェル層を形成する結晶のバンドギャップが、コア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きく、かつ
中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値であり、
コア層を形成する結晶の組成がＡＢ、シェル層を形成する結晶の組成がＣＢで表され、中間層を形成する結晶の組成がＡXＣ1-XＢで表される（上記において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ異なる元素であり、Ｘは０＜Ｘ＜１の範囲の数である。）
三層型半導体ナノ粒子。
【請求項２】
コア層と中間層とシェル層とを含む、平均直径が２〜５０ｎｍの範囲の三層型半導体ナノロッドであり、
上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、
シェル層を形成する結晶のバンドギャップが、コア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きく、かつ
中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値であり、
コア層を形成する結晶の組成がＡＢ、シェル層を形成する結晶の組成がＣＢで表され、中間層を形成する結晶の組成がＡXＣ1-XＢで表される（上記において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ異なる元素であり、Ｘは０＜Ｘ＜１の範囲の数である。）
三層型半導体ナノロッド。
【請求項３】
中間層が、Atomic Layer Deposition法、ＭＯＣＶＤ法、または光ＭＯＣＶＤ法で成膜されたものである、請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項４】
中間層が、Atomic Layer Deposition法、ＭＯＣＶＤ法、または光ＭＯＣＶＤ法で成膜されたものである、請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【請求項５】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＡｓ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＡｓで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓで表される請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項６】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＡｓ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＡｓで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓで表される請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【請求項７】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＮ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＮで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｎで表される請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項８】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＮ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＮで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｎで表される請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【請求項９】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＰ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＰで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｐで表される請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項１０】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＰ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＰで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｐで表される請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【請求項１１】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＳｂ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＳｂで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂで表される請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項１２】
コア層を形成する結晶の組成がＧａＳｂ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＳｂで表され、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂで表される請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【請求項１３】
コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が３％以下である請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項１４】
コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が３％以下である請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【請求項１５】
コア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ晶系である請求項１に記載の三層型半導体ナノ粒子。
【請求項１６】
コア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ晶系である請求項２に記載の三層型半導体ナノロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ナノ粒子や半導体ナノロッド等のナノサイズの半導体は、その大きさがナノメートルサイズであるため、バンドギャップエネルギーの増大、励起子の閉じ込め効果など量子サイズ効果を発現し、例えば、良好な光吸収特性および発光特性などの光学特性を示すことが知られている。そのため近年では、ナノサイズの半導体に関する研究報告が活発になされるだけでなく、蛍光体としてディスプレー、バイオメディカル、および光通信素子等様々な用途での検討が進められている。【０００３】
例えば、有機分子をコア／シェル型半導体ナノ粒子の一つである、Ｓｉ／ＳｉＯ2型半
導体ナノ粒子の表面に結合した生体物質標識剤が検討されている（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特開2005-172429号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のコア／シェル型のナノサイズの半導体において、コア層が本来有している優れた光学特性は未だ充分に発揮されているとはいえなかった。従来のコア／シェル型のナノサイズの半導体よりも優れた光学特性を有する半導体ナノ粒子および半導体ナノロッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記課題を検討し、特定の結晶により形成されたコア層と中間層とシェル層とを含む、三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドでは優れた光学特性を有することを見出し、本発明を完成させた。【０００６】
すなわち本発明は、
コア層と中間層とシェル層とを含む、平均粒径が２〜５０ｎｍの範囲の三層型半導体ナノ粒子であり、上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、シェル層を形成する結晶のバンドギャップが、コア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きく、かつ中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノ粒子である。【０００７】
また本発明はコア層と中間層とシェル層とを含む、平均直径が２〜５０ｎｍの範囲の三層型半導体ナノロッドであり、上記各層がそれぞれ異なる結晶で形成されており、シェル層を形成する結晶のバンドギャップが、コア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きく、かつ中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値である三層型半導体ナノロッド。【０００８】
前記三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドは、コア層を形成する結晶の組成がＡＢ、シェル層を形成する結晶の組成がＣＢで表される場合に、中間層を形成する結晶の組成がＡXＣ1-XＢで表されてもよい。（上記において、Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ異なる元素であり、Ｘは０＜Ｘ＜１の範囲の数である。）
具体的には、コア層を形成する結晶の組成ＧａＡｓ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＡｓで表される場合、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓであってもよい。コア層を形成する結晶の組成がＧａＮ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＮで表される場合、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｎであっても良い。コア層を形成する結晶の組成がＧａＰ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＰで表される場合、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｐであってもよい。コア層を形成する結晶の組成がＧａＳｂ、シェル層を形成する結晶の組成がＡｌＳｂで表される場合、中間層を形成する結晶の組成がＧａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂであってもよい。【０００９】
またコア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が３％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッドは、発光効率が高い、連続発光時の寿命が長い等の優れた発光特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノ粒子の製造工程図
【図２】ＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノワイアの製造工程図
【符号の説明】
【００１２】
１  ＧａＡｓナノ粒子
２  ＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓナノ粒子
３  Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ層
４  反応室
５  気化器
６  捕集器
７  ＡｌＡｓ層
８  ＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノ粒子
９  レーザー光
２１  Ｓｉ基板
２２  ＳｉＯ２
２３  Ｇａ
２４  Ａｕナノ粒子
２５  ＧａＮコア
２６  ＧａＮナノワイア
２７  Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層
２８  ＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎナノワイア
２９  ＡｌＮ層
３０  ＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノワイア
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明について具体的に説明する。【００１４】
なお本明細書において、三層型半導体ナノ粒子とは形がほぼ球状であり、三層型半導体ナノロッドとは形が円筒形のものであり、長さが最大数十μmに達するいわゆるナノワイア構造も含んでいる。【００１５】
また本明細書において、結晶の格子定数とは格子の稜の長さをいい、異なる長さの稜が存在する結晶の場合には各稜の長さの平均値をいう。【００１６】
また本明細書において、結晶の格子定数は、上西勝三著、電子デバイス材料、日本理工出版会（2002）、pp.62、63の範囲に記載されている値を示す。【００１７】
また結晶のバンドギャップとは、上西勝三著、電子デバイス材料、日本理工出版会（2002）、p.62、小林洋史著、発光の物理、朝倉書店（2000）p.108に記載されている値を示す。【００１８】
〔三層型半導体ナノ粒子〕
本発明の三層型半導体ナノ粒子の構造は、コア層とシェル層との間に中間層を設けた構造である。該三層型半導体ナノ粒子の平均粒径は２〜５０ｎｍの範囲であり、好ましくは２〜１０ｎｍの範囲である。上記範囲の下限値を上回ると、原子が集合した構造になり、バンドギャップが発生するため好ましく、上記範囲の上限値を下回ると、エキシトン（電子−正孔ペア）の閉じ込め効果により、発光効率が急に向上するため好ましい。【００１９】
前記コア層とシェル層と中間層とはそれぞれ異なる結晶で形成されている。前記結晶としては、シェル層を形成する結晶のバンドギャップがコア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きくなるように、選択する必要がある。例えばコア／シェルがＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＧａＮ／ＡｌＮ、およびＧａＰ／ＡｌＰ等が挙げられる。【００２０】
また中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値となる。【００２１】
本発明の三層型半導体ナノ粒子は、従来のコア／シェル型半導体ナノ粒子と比較して発光効率が高く、連続発光時の寿命が長いという特徴が得られる。【００２２】
この理由の詳細は明らかではないが、コア層とシェル層との間の格子定数を持つ中間層を設けたため、格子の整合性が高まり、格子欠陥が減少する傾向にあるため本来ナノ粒子が有する発光特性が充分に発揮されたためであると推定される。【００２３】
また上記の条件を満たす本発明の三層型半導体ナノ粒子の好ましい態様としては以下の三つの態様が挙げられる。【００２４】
本発明の三層型半導体ナノ粒子ではコア層が組成ＡＢの結晶で形成され、シェル層が組成ＣＢの結晶で形成され、中間層が組成ＡXＣ1-XＢの結晶で形成されていることが好ましい。（上記において、Ａ、ＢおよびＣは元素であり、Ｘは０＜Ｘ＜１の範囲の数でる。）
前記コア層を形成する結晶の組成をＡＢ、シェル層を形成する結晶の組成をＣＢで表した時、中間層を形成する結晶の組成がＡXＣ1-XＢで表せる結晶を用いると格子の整合性がより高まり、格子欠陥が減少する傾向がより高まるためより優れた光学特性を発揮できる。例としては、コア／シェルがＧａＡｓ／ＡｌＡｓの際はＧａxＡｌ1-xＡｓ、コア／シェルがＧａＮ／ＡｌＮの際はＧａxＡｌ1-xＮ、コア／シェルがＧａＰ／ＡｌＰの際はＧａxＡｌ1-xＰおよびコア／シェルがＧａＳｂ／ＡｌＳｂの際はＧａxＡｌ1-xＳｂが挙げられる。中でもＸ＝０．５の時はＡＢの格子とＣＢの格子とのちょうど中間の格子である中間層を形成できるため、最も格子欠陥を減らすことができるため、コア／シェルがＧａＡｓ／ＡｌＡｓの際はＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ、コア／シェルがＧａＮ／ＡｌＮの際はＧａ0.5Ａｌ0.5Ｎ、コア／シェルがＧａＰ／ＡｌＰの際はＧａ0.5Ａｌ0.5Ｐおよびコア／シェルがＧａＳｂ／ＡｌＳｂの際はＧａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂが好ましい。またこれらの具体例では、コア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ晶系である。【００２５】
本発明の三層型半導体ナノ粒子では、より優れた光学特性を発揮させるという観点からコア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ晶系であることが好ましい。例えば、コア／中間層／シェルがＧａＡｓ／ＧａxＡｌ1-xＡｓ／ＡｌＡｓ、ＧａＮ／ＧａxＡｌ1-xＮ／ＡｌＮ、ＧａＰ／ＧａxＡｌ1-xＰ／ＡｌＰ、およびＧａＳｂ／ＧａxＡｌ1-xＳｂ／ＡｌＳｂが挙げられる。【００２６】
本発明の三層型半導体ナノ粒子では、より優れた光学特性を発揮させるという観点からコア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が３％以下である結晶を用いる。【００２７】
前記コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が３％以下である結晶を用いると、格子定数の差が3%以下では結晶の界面は結晶欠陥の少ないエピタキシャル成長しやすいため、界面での格子欠陥の発生を減らせるため好ましく、例としては、コア／シェルがともにＺｎＳ構造であるＧａＡｓ／ＡｌＡｓの時、格子定数は５．６５／５．６３Å、コア／シェルがＧａＰ／ＡｌＰの時、格子定数は５．４５／５．４６Åおよびコア／シェルがＧａＳｂ／ＡｌＳｂの時、格子定数は６．０８／６．１４Å等が挙げられる。【００２８】
また前述した好ましい態様を同時に満たす場合、例えばコア／中間層／シェルがＧａＡｓ／Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ／ＡｌＡｓ、ＧａＰ／Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ／ＡｌＰおよびＧａＳｂ／Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ／ＡｌＳｂでは格子欠陥がより少なくなる傾向があり、発光強度、発光寿命もより増加する。【００２９】
本発明の三層型ナノ粒子の発光波長はその組成や粒径により異なるが、例えばコアがＧａＮであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば370〜180nmにピークを持つ発光波長となり、コアがＧａＡｓであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば870〜430nmの発光波長となり、コアがＧａＰであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば550〜270nmの発光波長となり、コアがＧａＳｂであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば1770〜890nmの発光波長となる。【００３０】
上記のような波長で発光するため、コアがＧａＮであれば、紫の発光デバイスや発光標識や、特に短波長のＵＶ発光照射による患部治療に使うことが可能であり、コアがＧａＡｓであれば、赤〜紫までの発光領域なので、粒子の径を変えれば赤、緑、青の３つの発色を全てカバーでき、ディスプレイ用途等に使うことが可能であり、ＧａＰであれば、緑〜紫の発光デバイスや発光標識、ＵＶ発光照射による患部治療に使うことが可能であり、ＧａＳｂであれば人体を透過しやすい赤外光の領域なので、体内診断の標識として使うことが可能である。【００３１】
〈三層型半導体ナノ粒子の製法〉
三層型半導体ナノ粒子の製法としては例えばコア／中間層／シェルがＧａＡｓ／Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ／ＡｌＡｓの例を考えると、コアとなるＧａＡｓナノ粒子を液相成長で合成し、その後、Atomic Layer Deposition法、MOCVD法、光MOCVD法等でＡｌ(ＣＨ3)3、Ｇａ(ＣＨ3)3、ＡｓＨ3ガスにより、数原子の厚みの層からなるＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ中間層を成膜する。Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ中間層を成膜するためのＧａ(ＣＨ3)3ガスとＡｌ(ＣＨ3)3ガスとの比率は１：１であるが、該ガスの比率を変えればＧａとＡｌの比率を１：１以外にすることも可能であり、Ｇａ(ＣＨ3)3ガスとＡｌ(ＣＨ3)3ガスとの比率に応じて任意の範囲のＧａXＡｌ1-XＡｓ中間層を形成することができる。次に、Ａｌ(ＣＨ3)3ガスとＡｓＨ3ガスのみとし、ＡｌＡｓのシェル層を成長させるという方法が挙げられる。【００３２】
〔三層型半導体ナノロッド〕
本発明の三層型半導体ナノロッドの構造は、コア層とシェル層との間に中間層を設けた構造である。該三層型半導体ナノロッドの断面の平均直径は２〜５０ｎｍの範囲であり、好ましくは２〜１０ｎｍの範囲である。上記範囲の下限値を上回ると、原子が集合した構造になり、バンドギャップが発生するため好ましく、上記範囲の上限値を下回ると、エキシトン（電子−正孔ペア）の閉じ込め効果により、発光効率が急に向上するため好ましい。【００３３】
前記コア層とシェル層と中間層とはそれぞれ異なる結晶で形成されている。前記結晶としては、シェル層を形成する結晶のバンドギャップがコア層を形成する結晶のバンドギャップよりも大きくなるように、選択する必要がある。例えばコア／シェルがＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＧａＮ／ＡｌＮ、およびＧａＰ／ＡｌＰ等が挙げられる。【００３４】
また中間層を形成する結晶の格子定数が、コア層を形成する結晶の格子定数とシェル層を形成する結晶の格子定数との間の値となる。【００３５】
本発明の三層型半導体ナノロッドは、従来のコア／シェル型半導体ナノロッドと比較して発光効率が高く、連続発光時の寿命が長いという特徴が得られる。【００３６】
この理由の詳細は明らかではないが、コア層とシェル層との間の格子定数を持つ中間層を設けたため、格子の整合性が高まり、格子欠陥が減少する傾向にあるため本来ナノ粒子が有する発光特性が充分に発揮されたためであると推定される。【００３７】
本発明の三層型半導体ナノロッドのコア層、シェル層および中間層としては、前記〔三層型半導体ナノ粒子〕で記載した好ましい態様つまり、コア層が組成ＡＢの結晶で形成され、シェル層が組成ＣＢの結晶で形成され、中間層が組成ＡXＣ1-XＢの結晶で形成されている三層型半導体ナノロッド、コア層とシェル層と中間層とを形成する結晶が同じ晶系である三層型ナノロッド、コア層を形成する結晶の格子定数と、シェル層を形成する格子定数との差が３％以下である結晶を用いる三層型ナノロッドが同様な理由で好適に用いられる。【００３８】
本発明の三層型ナノロッドの発光波長はその組成や直径により異なるが、例えばコアがＧａＮであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば370〜180nmにピークを持つ発光波長となり、コアがＧａＡｓであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば870〜430nmの発光波長となり、コアがＧａＰであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば550〜270nmの発光波長となり、コアがＧａＳｂであれば発光過程でエネルギーロスがないとすれば1770〜890nmの発光波長となる。【００３９】
上記のような波長で発光するため、コアがＧａＮであれば、紫の発光デバイスや発光標識や、特に短波長のＵＶ発光照射による患部治療に使うことが可能であり、コアがＧａＡｓであれば、赤〜紫までの発光領域なので、粒子の径を変えれば赤、緑、青の３つの発色を全てカバーでき、ディスプレイ用途等に使うことが可能であり、ＧａＰであれば、緑〜紫の発光デバイスや発光標識、ＵＶ発光照射による患部治療に使うことが可能であり、ＧａＳｂであれば人体を透過しやすい赤外光の領域なので、体内診断の標識として使うことが可能である。【００４０】
〈三層型半導体ナノロッドの製法〉
三層型半導体ナノロッドの製法としては例えばＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮの作成は次の方法で達成される。まずＧａＮナノワイヤをＡｕ触媒のCVD法で絶縁膜基板上に成膜する。その後、その後、Atomic Layer Deposition法、MOCVD法、光MOCVD法等でＡｌ(ＣＨ3)3、Ｇａ(ＣＨ3)3、ＮＨ3ガスにより、数原子層からなるＧａ0.5Ａｌ0.5Ｎ中間層を成膜する。Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ中間層を成膜するためのＧａ(ＣＨ3)3ガスとＡｌ(ＣＨ3)3ガスとの比率は１：１であるが、該ガスの比率を変えればＧａとＡｌの比率を１：１以外にすることも可能であり、Ｇａ(ＣＨ3)3ガスとＡｌ(ＣＨ3)3ガスとの比率に応じて任意の範囲のＧａXＡｌ1-XＮ中間層を形成することができる。次に、ガスをＡｌ(ＣＨ3)3、ＮＨ3の
みとし、ＡｌＮのシェル層を成長させるという方法が挙げられる。
【実施例】
【００４１】
次の本発明について実施例を示して説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。【００４２】
実施例１
まず、ＧａＣｌ、Ｎａ−Ｋ（ナトリウム-カリウム合金）,Ａｓ粉末,メトキシエチルエーテル，オクタデカンチオール(ODT),トリエチルアミン，トルエン，水を用いて下記の溶液反応でＧａＡｓナノパーティクルを形成する。（文献:J. Luo etal., Mater.Res.Soc.Symp.ProcVol828(2005)A5.20.1）
Ａｓ+３(Ｎａ−Ｋ)→（Ｎａ／Ｋ）3Ａｓ
（Ｎａ／Ｋ）3Ａｓ+ＧａＣｌ3→ＧａＡｓ＋３（Ｎａ／Ｋ）Ｃｌ
文献にあるように、この方法で直径2〜5nmのＧａＡｓナノ粒子が得られる。【００４３】
上記方法で得られたＧａＡｓナノ粒子１を表面に親水性を与えるための界面活性剤Tween80の溶液に浸す。これによりＧａＡｓナノ粒子は親水性になる（以下親水性ＧａＡｓナノ粒子とも記す。）。【００４４】
次に、図1 ａ）に示すように、親水性ＧａＡｓナノ粒子を気化器5を用いて超音波により微小液滴化する。ここにＨｅガスを通すことにより気化器５で気化（Tween80にくるまれたＧａＡｓナノ粒子がＨｅガス中に浮遊している状態）させ、CVD装置の反応室４中にＧａＡｓナノ粒子１をＨｅガスをキャリアとして導入する。次に反応室４にＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ層を形成するための原料ガス、Ｇａ(ＣＨ3)3、Ａｌ(ＣＨ3)3、ＡｓＨ3が導入される。反応室の温度は600℃、圧力は1333Pa程度に保たれる。この条件は導入したＧａ(ＣＨ3)3、Ａｌ(ＣＨ3)3、ＡｓＨ3がぎりぎり反応しない領域である。このような高温ではTween80はＧａＡｓ表面から脱離する。次に反応室の外からExcimerレーザーのレーザー光９を照射するとレーザー光のエネルギーを受けた領域でのみ反応が起こり、ＧａＡｓナノ粒子１の周りにＧａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ層3が形成される。レーザー光照射部を通過すると、反応に必要なエネルギー与えられることは無いのでそれ以上の反応は起こらない。最後にこのようにして形成されたＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓナノ粒子２をＨｅガスとともに界面活性剤Tween80の溶液ヘ導入することにより捕集器６で捕集する。このようにして親水性ＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓナノ粒子を得ることが出来る。【００４５】
次に、図１  ｂ）のように、親水性ＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓナノ粒子２を水中に溶かしＨｅでバブリングをすることにより気化器５で気化させ、CVD装置の反応室４中にＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓナノ粒子をＨｅガスをキャリアとして導入する。次に反応室４にＡｌＡｓ層を形成するための原料ガス、Ａｌ(ＣＨ3)3、ＡｓＨ3が導入される。反応室の温度は600℃、圧力は1333Pa程度に保たれる。この条件は導入したＡｌ(ＣＨ3)3、ＡｓＨ3がぎりぎり反応しない領域である。このような高温ではTween80はＧａＡｓ表面から脱離する。次に反応室の外からExcimerレーザーのレーザー光９を照射するとレーザー光のエネルギーを受けた領域でのみ反応が起こり、ＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓナノ粒子の周りにＡｌＡｓ層7が形成される。このようにしてＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノ粒子８が形成される。レーザー光照射部を通過すると、反応に必要な量より系に与えられるエネルギーが小さくなるのでそれ以上の反応は起こらない。最後にこのようにして形成されたＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノ粒子を捕集器６で捕集する。【００４６】
以上の製法により、3層構造をもつＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノ粒子が形成できた。今回作成したＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノ粒子に365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ層形成工程を行なわず、ＧａＡｓナノ粒子の上にＡｌＡｓを形成したＧａＡｓ/ＡｌＡｓナノ粒子と比べ発光強度で1.3倍、発光寿命で2.5倍の改善が見られた。【００４７】
実施例２
まずＧａのナノ粒子を噴霧法により形成し、ＮＨ3雰囲気中で加熱することにより直径２〜5nmのＧａＮナノ粒子が得られる。【００４８】
実施例1のＧａＡｓナノ粒子を上記ＧａＮとし、実施例1のＡｓＨ3をＮＨ3とした以外は実施例1と同様に行ない、3層構造をもつＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノ粒子が形成できた。今回作成したＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノ粒子に365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層形成工程を行なわず、ＧａＮナノ粒子の上にＡｌＮを形成したＧａＮ/ＡｌＮナノ粒子と比べ発光強度で1.2倍、発光寿命で1.8倍の改善が見られた。【００４９】
実施例３
まず、ＧａＣｌ、Ｎａ−Ｋ（ナトリウム-カリウム合金）,Ｐ粉末,メトキシエチルエーテル，オクタデカンチオール(ODT),トリエチルアミン，トルエン，水を用いて下記の溶液反応でＧａＰナノパーティクルを形成する。
Ｐ+３(Ｎａ−Ｋ)→（Ｎａ／Ｋ）3Ｐ
（Ｎａ／Ｋ）3Ｐ+ＧａＣｌ3→ＧａＰ＋３（Ｎａ/Ｋ）Ｃｌ
この方法で直径２〜５nmのＧａＰナノ粒子が得られる。【００５０】
実施例1のＧａＡｓナノ粒子を上記ＧａＰとし、実施例1のＡｓＨ3をＰＨ3とし、反応室の温度は550℃、圧力は1333Pa程度に保つこと以外は実施例1と同様に行ない、3層構造を
もつＧａＰ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ/ＡｌＰナノ粒子が形成できた。今回作成したＧａＰ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ/ＡｌＰナノ粒子に365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ層形成工程を行なわず、ＧａＰナノ粒子の上にＡｌＰを形成したＧａＰ/ＡｌＰナノ粒子と比べ発光強度で1.4倍、発光寿命で1.5倍の改善が見ら
れた。【００５１】
実施例４
まず、ＧａＣｌ、Ｎａ−Ｋ（ナトリウム-カリウム合金）,Ｓｂ粉末,メトキシエチルエーテル，オクタデカンチオール(ODT),トリエチルアミン，トルエン，水を用いて下記の溶液反応でＧａＳｂナノパーティクルを形成する。
Ｓｂ+３(Ｎａ−Ｋ)→（Ｎａ／Ｋ）3Ｓｂ
（Ｎａ／Ｋ）3Ｓｂ+ＧａＣｌ3→ＧａＳｂ＋３（Ｎａ／Ｋ）Ｃｌ
この方法で直径２〜5nmのＧａＳｂナノ粒子が得られる。【００５２】
実施例1のＧａＡｓナノ粒子を上記ＧａＳｂとし、実施例1のＡｓＨ3をＳｂＨ3とした以外は実施例1と同様に行ない、3層構造をもつＧａＳｂ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ/ＡｌＳｂナノ粒子が形成できた。今回作成したＧａＳｂ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ/ＡｌＳｂナノ粒子に365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ
層形成工程を行なわず、ＧａＳｂナノ粒子の上にＡｌＰを形成したＧａＳｂ/ＡｌＳｂナノ粒子と比べ発光強度で1.5倍、発光寿命で1.2倍の改善が見られた。【００５３】
実施例５
まず、ＳｉＯ2２２を10nm堆積したＳｉ基板２１上にＡｕナノ粒子２４を塗布法にてコートする。これを図２ａ）のように、石英チューブからなる反応室２０に置き、3cm程度はなしてＧａ粒２３を置きＮＨ3を30sccm程度流し、900℃に保つ。これによりＧａＮ２６ナノワイアが形成できる。（文献:S. Han etal., Mater.Res.Soc.Symp.ProcVol776(2003)Q8.26.1）
次に、図２  ｂ）のように、このようにして得られたＧａＮナノワイアの付着した基板をCVD装置の反応室２０中に置く。次に反応室にＧａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層を形成するための原料ガス、Ｇａ(ＣＨ3)3、Ａｌ(ＣＨ3)3、ＮＨ3が導入される。反応室の温度は導入したＡ
ｌ(ＣＨ3)3、ＡｓＨ3が反応する領域、例えば700℃、圧力は1333Pa程度に保たれる。するとCVD反応により、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層２７がＧａＮナノワイア上に成長する。このときガスの量、反応時間を調整し、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層２７の厚さを数原子層から1nm程度にすることができる。また、ここには図示していないが、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層２７は当然ＳｉＯ2２２の上にも成膜する。ただしこれは議論の本質ではないので図示していない。【００５４】
次に図２  ｃ）のように同じCVD装置の反応室中にＡｌＮ層を形成するための原料ガス、Ａｌ(ＣＨ3)3、ＮＨ3が導入される。反応室の温度は例えば700℃、圧力は1333Pa程度に保たれる。するとCVD反応により、ＡｌＮ層２９がＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎナノワイア２８上に成長する。このようにして形成されたＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノワイア３０が形成された。また、ここには図示していないが、ＡｌＮ層２９は当然ＳｉＯ２２２の上にも成膜する。ただしこれは議論の本質ではないので図示していない。【００５５】
形成されたナノワイアは、前述したようなTween80に浸し親水化処理した後、水中で超音波をかけることにより、Ｓｉ基板２１から引き離せばよい。【００５６】
ナノワイア構造では長さ10μmとすれば、長さ方向に10nmのナノ粒子が1000個つながった構造になるため、1個当たりでみれば一般のナノ粒子よりもその明るさは1000倍程度明るくなるという利点がある。【００５７】
以上の製法により、3層構造をもつＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノロッドが形成できた。今回作成したＧａＮ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ/ＡｌＮナノロッドに365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｎ層形成工程を行なわず、ＧａＮナノロッドの上にＡｌＮを形成したＧａＮ/ＡｌＮナノロッドと比べ発光強度で1.2倍、発光寿命で2倍の改善が見られた。【００５８】
実施例６
実施例１のＮＨ3をＡｓＨ3とし、ナノワイア作成の際の条件を40sccm、900℃とした以外は同様に行なうことでＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノロッドが形成できる。【００５９】
今回作成したＧａＡｓ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ/ＡｌＡｓナノロッドに365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ａｓ層形成工程を行なわず、ＧａＡｓナノロッドの上にＡｌＡｓを形成したＧａＡｓ/ＡｌＡｓナノロッドと比べ発光強度で1.3倍、発光寿命で1.4倍の改善が見られた。
実施例７
実施例１のＮＨ3をＰＨ3とし、ナノワイア作成の際の条件を40sccm、900℃とし、その後の反応室の条件を温度800℃、圧力は1333Pa程度に保った以外は同様に行なうことでＧａＰ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ/ＡｌＰナノロッドが形成できる。【００６０】
今回作成したＧａＰ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ/ＡｌＰナノロッドに365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｐ層形成工程を行なわず、ＧａＰナノロッドの上にＡｌＰを形成したＧａＰ/ＡｌＰナノロッドと比べ発光強度で1.3倍、発光寿命で1.4倍、発光寿命で1.５倍の改善が見られた。【００６１】
実施例８
実施例１のＮＨ3をＳｂＨ3とし、ナノワイア作成後の反応室の条件を温度800℃、圧力は1333Pa程度に保った以外は同様に行なうことでＧａＳｂ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ/ＡｌＳｂナノロッドが形成できる。【００６２】
今回作成したＧａＳｂ/Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ/ＡｌＳｂナノロッドに365nmの光を照射し、輝度計で発光強度と発光寿命を調べた。その結果、Ｇａ0.5Ａｌ0.5Ｓｂ層形成工程を行なわず、ＧａＳｂナノロッドの上にＡｌＳｂを形成したＧａＳｂ/ＡｌＳｂナノロッドと比べ発光強度で1.5倍、発光寿命で1.2倍の改善が見られた。
【図１】
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【図２】
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