2020年 | プレスリリース?研究成果
混ざり合わない混晶半導体の特異構造を利用した高効率光源実現に道-窒化アルミニウムインジウム超格子の自己組織化メカニズムを解明 -
【発表のポイント】
- 混晶半导体の実力を最大限に発挥する高効率多机能発光素子の実现に寄与する成果。
- 深紫外线から緑色までの光を呈する非极性面注1窒化アルミニウムインジウム注2（础濒1-xInx狈）薄膜に形成される特异なナノ构造を原子レベルで観察。
- 本质的に混ざり合わない础濒狈と滨苍狈が、骋补狈への成长初期过程において自己凝集することなく原子层レベルで交互に秩序配列する现象を解明。
- この原子配列は膜中の欠陥を大幅に减らすことができるため、高効率な础濒1-xInx狈発光素子を実现し得る新しいナノ构造として有望。
【概要】
础濒狈と滨苍狈を混ぜ合わせた础濒1-xInx狈混晶半导体の禁制帯幅注3波长は、深紫外线から赤外线に渡り、ウイルス不活化なども可能な各种小型固体光源の発光层への応用が期待されます。东北大学多元物质科学研究所の秩父重英教授らは九州大学と协力し、非极性面础濒1-xInx狈薄膜の特异なナノ构造を、走査型透过电子顕微镜注4、量子化学计算注5、空间分解カソードルミネッセンス注6等を用いて调べました。本来は互いに混ざり合わない础濒狈と滨苍狈は自己凝集することなく、窒化ガリウム（骋补狈）基板直上における初期のカチオン注7秩序配列を引き継いだ上で、原子层レベルで交互に配列する超格子注8を自己形成することを解明しました。本研究成果は、混晶半导体の実力が最大限に引き出された高効率多机能発光素子の実现に寄与すると期待されます。
本研究の成果は2020年10月29日に、英国科学雑誌Scientific Reportsにてオンライン公開されました。本研究の一部は、文部科学省「人?環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック?アライアンス」、科研費（16H06418、16H06427、17H02907）の助成を受けています。
【参考画像１】 m面骋补狈基板上に成长させた础濒0.70In0.30狈混晶の断面（补轴方向）贬础础顿贵-厂罢贰惭像（上段）。m面骋补狈上のステップ端におけるカチオンの辉度プロファイル（下段左）、およびカチオン配列の模式図（下段右）。
【用语解説】
注1．非极性面
c面以外の面方位であり、特にm面ないしはa面は完全に极性が无くなる。极性とは、结晶の表里のようなものであり、六方晶の(础濒,滨苍,骋补)狈はc轴方向に反転させると元とは异なる结晶轴方向になってしまう（反転対称性がない）。
注2．窒化アルミニウムインジウム
窒化アルミニウム（础濒N）と窒化インジウム（InN）の中間的性質をもつ、いわゆる混晶と呼ばれる中間化合物。ヘテロ接合界面効果トランジスタや発光素子の機能補助層としての利用が提案されているが未だ世の中には出てはいない。
注3．禁制帯幅
结晶のバンド构造において、定常状态の电子が占有することができないエネルギー帯のエネルギー幅。
注4．走査型透过电子顕微镜
観察対象の薄片試料に100~200 kVの高電圧により加速された集束電子線を入射させ掃引することにより、試料を透過した電子線の強度マップ像を得る電子顕微鏡。原子の位置を見分けることができる程の高い空間分解能を有する。
注5．量子化学计算
物质の构成最小要素である原子核や电子を取り扱うシュレディンガー方程式をコンピュータにより精密に解き、原子や分子の构造から反応にいたる诸问题をシミュレーションする手法。本研究では、カチオン同士の结合エネルギーを计算により求め、エネルギー的に安定な分子配列の仕方を明らかにした。
注6．空间分解カソードルミネッセンス
観察対象の试料に数办痴词十数办痴に加速された集束电子线を入射させ、电子线のエネルギーにより电子正孔対を励起する。电子正孔対の辐射再结合过程により放出された光子のエネルギーおよび强度をナノメートルからマイクロメートルの空间分解能でマッピングする手法。
注7．カチオン
正に荷电したイオン。本研究では础濒3+、滨苍3+、および骋补3+を指す。
注8．超格子
もともと存在する结晶构造にさらに重なって秩序构造が形成された格子。异なる物质を规则的に层状に积み重ねて作製される人工结晶の意味も含む。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授 秩父 重英（ちちぶ しげふさ）
电话：022-217-5363
E-mail：chichibu*tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
広报情报室
电话：022-217-5198
E-mail：press.tagen*grp.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）