第3元素の占有個所を特定する結晶ナノ構造解析と機能特性発現の解明

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17360012
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 桑野 範之 九州大学, 産学連携センター, 教授 (50038022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寒川 義裕 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (90327320) ; 波多 聰 九州大学, 総合理工学研究院, 助手 (60264107)
• Keywords: 窒化インジウム / 酸素 / エネルギーギャップ / 電子顕微鏡 / アルケミ法 / 占有確率 / 酸化インジウム

Research Abstract

窒化インジウム(InN)のエネルギーギャップ測定値は1.9〜2.1eVから0.6〜0.7eVと大きく変動することが知られている。本研究課題は、これは結晶の酸素取り込みによる影響ではないかという仮説を実験と理論から実証することにある。まず、実験的にInN結晶内の酸素の検出と酸素原子の存在位置を検証するために電子顕微鏡(TEM)のアルケミ法を採用する。ただし、今回の実験で想定している結晶内の酸素の含有量は高々数%であり、発生するX線のエネルギーと強度は低い。また、TEM試料表面のコンタミネーションの影響を受け易いことも想像され、かなり困難な実験である。そこで、本年度はまず、アルケミ実験を行うための良好なTEM試料作製とアルケミ実験条件の最適化を目指した。InN試料は、有機金属気相成長法でサファイア基板上に成長させた薄膜試料(京都工繊大の吉本教授提供)を用いた。これから集束イオンビーム装置でTEM試料を作製してみたが、TEM試料表面の損傷層の影響が大きく、そのままでは使用できないことがわかった。これはInを含む試料の特質である。そこで、アルゴンイオン研磨を併用できるように試料形状などを変更し研磨条件の最適化を図ったところ、きわめて良好なTEM試料を得ることができた。さらに、蛍光顕微鏡像内の特定位置からのTEM試料を作製する手法も同時に確立した。この作製技術は、これまで困難とされてきた材料についても広く応用できる。現在、アルケミ実験において基板のサファイアからの酸素の信号を相殺する解析手法を策定したが、結局、FIB・マイクロサンプリングにおいて基板を含まないようにInN片をピックアップする方法が確実であることを確認した。
密度汎関数による第一原理計算のためのエネルギーパラメーター等の検証を行い、来年度に向けての準備を整えた。