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GaN反転ドメイン境界の構造解析

GaNはc軸方向に反転対称性を欠いており、図1（a）に示すようにc面にはGa極性面とN極性面が存在します。両者の境界は反転ドメイン境界と呼ばれ、その構造により安定性や電気的活性が異なるという報告があり*1、構造を確認することは重要と考えられます。

図1（b）に断面TEM写真を示します。図中の分析点1～4に対応するCBEDパターン（技術資料「収束電子線回折像シミュレーションプログラム」参照）を図1（c）～（f）に、計算パターンを図1（g）、（h）に示します。計算したCBEDパターンとの比較から、断面TEM写真中に示すようにN極性の反転ドメイン（分析点2、3）が、また矢印の位置に反転ドメイン境界が存在することが分かります。

図1：（a）GaN極性モデル、（b）断面TEM写真と分析位置、（c）-（f）CBEDパターン、（g）（h）CBED計算パターン

次に、反転ドメイン境界を拡大したHAADF-STEM像を図2（a）に、ABF-STEM像を図2（b）に示します。HAADF-STEM像を緑、像強度を反転させたABF-STEMを赤として重ねあわせた像（図2（c））において、Ga原子列が黄色にN原子列位置が赤に観察されると期待されます。この反転ドメイン境界を解析した結果、エネルギー的に安定で電気的に不活性なIDBタイプ*1が観察方向にシフトして2つ重なっていると解釈できました（図2（d））*2。このモデルを用いた計算像（図2（c）中）は実験像を良く再現しており、モデルは妥当と考えられます。