2007 Fiscal Year Annual Research Report
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
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17360012
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
桑野 範之 Kyushu University, 産学連携センター, 教授 (50038022)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寒川 義裕 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (90327320)
波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (60264107)
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| Keywords | 窒化インジウム / 分子線エピタキシャル成長 / 透過型電子顕微鏡 / 酸素 / エネルギーギャップ / アルケミ / 結晶極性 / 格子間原子位置 |
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| Research Abstract |
平成17年度において確立した試料作製法で作製した透過型電子顕微鏡(TEM)用断面観察用の良質InN薄片試料を用いて、含有する酸素原子の占有位置を解析した。実験には分子線エピタキシャル成長(MBE)法でサファイア(0001)基板上に成長させたInN薄膜試料を供した。酸素の含有量は3%程度もしくはそれ以下である。TEM観察により、InN薄膜は、径50-100nmのコラム状結晶の集合で成長方向は<0001>であること、a-軸方位の配列はほぼランダムであることが確かめられた。コラム状晶の極性は収束電子回折(CBED)法で解析し、N極性をもって成長していることを明らかにした。
次に、アルケミ法を利用して酸素原子の占有位置を解析した。酸素原子は窒素原子を置換するほか、格子間位置を占める可能性がある。ウルツ鉱型構造にはT(x,y,z)=(0,0,〜5/8)および0(x,y,z)=(2/3,1/3,〜z)に広い格子間位置がある。昨年度までに(0001)面チャネリングを利用したアルケミ解析により、酸素原子はT位置を占有していないことを明らかにできたので、本年度は(1-100)面チャネリングにより、0位置の占有について検討した。その結果、やはり酸素原子は0位置には無く、N原子を置換していることが明らかにすることができた。
窒素原子を置換した酸素原子1個が1個の電子を放出して1個のキャリアとして働くとすると、InNのキャリア電子は静止質量の十分の一程度とすると、3%酸素では見かけのエネルギーギャップ幅(光吸収)は、4eV程度大きくなることが見込まれる。実際にはIn原子位置の一部が空孔となったり高濃度キャリア電子の平均質量は静止質量に近づくと思われるので、ギャップ幅のずれは1eV程度と見積もられる。これらの成果は、InNの酸素原子の結晶内拡散プロセスや構造欠陥を議論する上で貴重な情報となる。
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