多変量解析法を用いた化学状態分布の評価

多変量解析法を用いることで、データを要約し、解釈しやすい形で情報を抽出することが可能です。以下には、市販白色LED中のGaN/sapphire接合界面について、化学状態分布を評価した事例を示します。

電子顕微鏡を用いた分析法の1つに、スペクトルイメージング（SI）があります。ここでは、試料上を電子線が二次元的に走査しながら、試料位置に対応したスペクトルを収集します。典型的なSIデータは、位置座標（x, y）とスペクトルエネルギーEを変数として持つ三次元構造（データキューブ）を有します（図1）。この中には膨大なデータが含まれますが、多変量解析法を用いることで、データを要約し、解釈しやすい形で情報を抽出することが可能です。

図1：SIのデータ構造

GaN/sapphire接合界面について、走査透過電子顕微鏡（STEM）- 電子エネルギー損失分光（EELS）測定を行い、SIデータを取得しました。このデータに対し多変量解析の一種である主成分分析を行うと、視野内の特徴的なスペクトル（主成分スペクトル）を軸として、各座標のスペクトルの特徴を視覚化することが可能です（図2（a））。このプロットでは、1つの黒点は1座標のスペクトルに対応しており、黒点は一定の分布を持つことが確認できます。そこで、分布の端点を端成分（endmember）と定義すると、そのスペクトル（図2（b））や空間的分布（図2（c））が得られます。このうち、端成分#3については、N-K端スペクトルの形状から分子状N₂を含むと推察され、界面付近のsapphire中に存在する可能性が示唆されます（技術資料S382）。

図2：（a）主成分スコアプロット	（b）端成分スペクトル	（c）端成分の空間的分布